GLSI铜互连碱性阻挡层抛光液平坦化缺陷研究

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1、分类号：TN305.2密级：公开UDC：编号：201321903007河北工业大学硕士学位论文GLSI铜互连碱性阻挡层抛光液平坦化缺陷研究论文作者：荣颖佳学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：王胜利职称：教授资助基金项目：国家中长期科技发展规划02科技重大专项（2009ZX02308）河北省自然科学基金资助项目（E2014202147）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElectronicsTHED

2、EFECTSOFBARRIERLAYERPLANARIZATIONWITHALKALINESLURRYINGLSICOPPERINTERCONNECTIONbyRongYingjiaSupervisor:Prof.WangShengliMarch2016ThisworksupportedbytheSpecialProjectItemsNo.2intheNationalLong-termTechnologyDevelopmentPlan.No.2009ZX02308andtheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince,China.No.E201420214

3、7.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数

4、据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着集成电路行业的迅速发展，小规模集成电路逐渐发展为极大规模集成电路，即GLSI。目前，国际上特征尺寸为28nm/22nm的极大规模集成电路已实现大规模生产，多层金属互连层数高达10层以上，为保证最终晶圆各种参数乃至器件性能满足客户的需求，要求在每一层布线之后，都能够得到较高的晶圆表面平整度。化学机械平坦化（ChemicalMechanicalPlanarization，CMP）是目前唯一的能够有效实现全局和局部平坦化的方法，而在集成

5、电路制造过程所需要的CMP中，阻挡层的CMP是最终决定晶圆平坦化效果的关键环节，直接影响器件性能和成品率。由于阻挡层的CMP涉及到对多种不同性质材料铜、钽和介质的抛光，过程相对复杂，且抛光后易出现划伤、碟形坑、蚀坑及腐蚀等缺陷问题，这都对阻挡层的CMP提出了更大的挑战，因此，对阻挡层CMP过程进行深层次研究就有了非常重要的实践意义。本文通过单因素实验和铜、钽的电化学实验分别研究抛光液各组分对铜、钽、介质三种材料去除速率的影响规律以及FA/OII螯合剂对铜的腐蚀机理及铜钽之间的电偶腐蚀问题。然后将新型碱性阻挡层抛光液应用到12英寸铜镀膜片和介质光片以及铜布线晶圆片平坦化实验中，并对抛光后晶圆进

6、行表面缺陷情况检测，研究FA/OII螯合剂对铜和介质去除速率、速率选择比、碟形坑、表面粗糙度及电阻的影响规律，以及不同抛光液配比对铜和介质去除速率一致性的影响情况，最后将最好的抛光液配比应用于新的铜布线片，检测其对碟形坑和蚀坑缺陷的修正情况。结果表明：螯合剂含量增加，螯合能力增强，铜和介质的去除速率增大，碟形坑缺陷的修正能力增强；固定磨料质量分数为20%，活性剂和FA/OII体积分数分别为30ml/L，0.7ml/L时，铜光片表面粗糙度最小，为2.34nm；当FA/OII体积分数为0.7ml/L，I型活性剂体积分数为60ml/L时，碱性阻挡层抛光液获得良好的速率选择比及很高的速率一致性,铜和

7、介质的速率一致性分别为4.33%和4.76%；抛光后铜布线碟形坑低于520Å，蚀坑低于309Å，满足工业生产要求。关键字：CMP碱性阻挡层抛光液螯合剂缺陷碟形坑蚀坑IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofintegratedcircuitindustry,thesmallscaleintegratedcircuitgraduallydevelopedintogiganticscal