提高GLSI多层铜布线精抛平坦化性能研究

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1、分类号：TN305.2密级：公开UDC：编号：201331907012河北工业大学硕士学位论文提高GLSI多层铜布线精抛平坦化性能研究论文作者：贾少华学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：集成电路工程指导教师：刘玉岭职称：教授资助基金项目：国家中长期科技发展规划02科技重大专项资助项目(2009ZX02308)DissertationSubmittedtoHeibeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofIntegratedCircuitEnginee

2、ringInvestigationonImprovingClearingPolishingPlanarizationPerformanceofGLSIMultilayerCopperInterconnectionbyJiaShaohuaSupervisor:Prof.LiuYulingMarch2016ThisworkwassupportedbytheSpecialProjectItemsNO.2inNationalLong-termTechnologyDevelopmentPlan.NO.2009ZX02

3、308.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

4、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：摘要随着集成电路集成度的不断提高以及技术节点尺寸的逐渐减小，多层布线化学机械平坦化（CMP）已经成为微电子领域实现晶圆全局平坦化唯一有效的方法，本文针对国内外普遍应用的酸性抛光液存在的含有腐蚀抑制剂（BTA）、CMP后晶圆表面质量无法满足微电子技术发展要求以及难以清

5、洗等问题，采用自主研制的成分简单、不腐蚀抛光设备、不含有毒性BTA的新型碱性抛光液，针对精抛过程急待解决的的碟形坑延伸严重、一致性难以满足65nm以下节点要求、全局平坦化要求不断提高等世界性难题，首次依据滞留层模型、优先物理吸附、自钝化以及质量传递理论以及自主研发的螯合剂、表面活性剂的自身特性，从抛光理论、路线、方法、材料方面进行研究，有效提高了多层铜布线精抛的平坦化性能。论文研究了精抛的核心作用、产生核心问题的关键因素以及解决问题的优化技术方案，通过实验确定了精抛的基本规律，在此基础上确定了材料成分和优化

6、的工艺技术，最终获得了突破性的平坦化效果。论文研究了非离子表面活性剂对精抛后晶圆表面非均匀性以及晶圆表面形貌的影响，依据质量传递与优先吸附理论，使用FA/O型复合表面活性剂增加了凹处滞留层厚度与质量传递时间，有效控制了导线槽处Cu的反应速率，实验确定加入60ml/L的活性剂，精抛速率为2268Å/min，满足工业上对精抛速率2000Å/min的要求，晶圆表面非均匀度由国际上通常能够达到的5%降低到3%以下，晶圆表面粗糙度达到0.62nm，精抛后碟形坑由工业上对65nm节点碟形坑的需求值800Å下降到723Å

7、，实现了高水平的局部与全局平坦化。在抛光工艺方面研究了各项抛光工艺参数对精抛性能的影响，得到一组优化的12inch铜布线片工艺参数：抛光压力为1.0psi，抛光液流量为300ml/min，抛光头转速为87rpm，抛光盘转速为93rpm，选用IC1000型抛光垫，实现精抛后残余铜的完全去除，阻挡层速率基本为零，碟形坑数值为705Å。另外，本文研究了Cu电极在不同H2O2浓度精抛电解液中的电化学特性，当H2O2浓度为35ml/L时，Cu电极腐蚀电位最大，凹处铜膜钝化作用最强，利用H2O2在凹处铜膜处的钝化特性对

8、精抛中碟形坑的延伸进行优化，实现有效控制，并使抛光终点准确停留在阻挡层上。关键字：化学机械平坦化碱性铜精抛液碟形坑残余铜表面非均匀性IABSTRACTWiththecontinuousimprovementofintegratedcircuitintegrationandtechnologynodesizedecreases,multilayerinterconnectionchemicalmechanicalp