低机械压力的铜布线化学机械平坦化研究

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1、分类号：TN305.2密级：公开UDC：编号：201331907004河北工业大学硕士学位论文低机械压力的铜布线化学机械平坦化研究论文作者：武鹏学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士学科专业：集成电路工程指导教师：周建伟职称：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）；河北省青年自然科学基金资助项目（F2012202094）；河北工业大学优秀青年科技创新基金资助项目（2013010）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMast

2、erDegreeofIntegratedCircuitEngineeringINVESTIGATIONONCHEMICALMECHANICALPOLISHINGOFCOPPERWIREUNDERLOWPRESSUREbyWuPengSupervisor:Prof.ZhouJianweiMarch2016ThisworksupportedbytheSpecialProjectItemsNo.2intheNationalLong-termTechnologyDevelopmentPlan.No.2009ZX02308.YouthScienceF

3、undProjectofHebeiProvince.No.F2012202094.OutstandingYouthScienceandTechnologyInnovationFundProjectofHebeiuniversityoftechnology.No.2013010.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

4、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：摘要集成电路制造工艺进入65nm技术节点后，金属铜（Cu）布线层

5、数超过十层，铜膜变得越来越薄。如果化学机械平坦化(CMP)中抛光压力过大，会引起铜膜脱落、低介电常数介质材料崩塌；抛光压力过小，势必会降低抛光速率，难以满足工业要求，因此工业生产中抛光压力通常选择在2psi。当前制造工艺已经进入20～14nm，线条宽度下降，要求抛光压力继续下降。因此急需在低机械压力下（≤1.5psi），对CuCMP展开研究。本论文在低机械压力的条件下对CuCMP做了前瞻性的研究。首先利用课题组自主研发的FA/O型螯合剂，采用铜碱性抛光的技术路线，利用增强化学作用提高抛光速率来补偿低机械压力引起速率下降的方法，研制出一种抛光

6、液，在抛光压力为1.5psi时，Cu去除速率可达700nm/min，实验结果符合工业应用的要求。其次研究了低机械压力下磨料对CuCMP的影响并对不同粒径磨料抛光前后粒径变化进行了观察，结果表明在抛光压力为1.5psi时，使用质量分数在1%～4%、100nm粒径的SiO2磨料的抛光性能最好，粒径变化最小，此结果对低机械压力下CuCMP中磨料选择和未来抛光液的循环使用具有一定的指导意义。课题组在低机械压力下CuCMP理论研究中未曾对Cu2O的存在进行验证。本文利用静态腐蚀、动态抛光和电化学实验的方法对甘氨酸等四种络合剂的络合机理进行了研究，选定

7、甘氨酸作为络合剂后对经过腐蚀的铜表面的化学成分进行了XPS分析，实验表明铜表面仅存在Cu2O和Cu，从而完善并验证了课题组低机械压力下强化络合和胺化化学作用为主的CuCMP作用机理。最后在自主搭建的连接电化学工作站的旋转圆盘电极上模拟低机械压力下化学机械抛光过程，研究了转速、抛光压力等工艺参数、H2O2和FA/OⅡ型螯合剂等抛光液组分含量变化对开路电压的影响。结果显示，转速、抛光压力以及H2O2和FA/OⅡ型螯合剂比例的不同，开路电压不同。此方法可用于指导未来低机械压力下CuCMP工艺参数的选择和抛光液中各组分的优化，有益于节约工业研发成本

8、。关键字：CMPCuSiO2去除速率甘氨酸IABSTRACTAfterentering65nmtechnologynodes,thelayerofintegratedcircui