GLSI多层铜布线低磨料阻挡层抛光液研究

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1、分类号：密级：公开UDC：编号：201421903004河北工业大学硕士学位论文GLSI多层铜布线低磨料阻挡层抛光液研究论文作者：岳昕学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：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）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityoftechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidElectronicsSTUDYONLOWABRASIVECONCENT

2、RATIONBARRIERSLURRYOFCOPPERINTERCONNECTIONFORGLSIbyYueXinSupervisor:Prof.LiuYulingMarch2017ThisworksupportedbytheImportantNationalScience&TechnologySpecificProjectsof1nationalmediumtolong-rangeprogramforscientificandtechnologicaldevelopment.No.2009ZX02308摘要集成电路（IC）是信息产业和高新技术的核心，是衡量一

3、个国家产业竞争力和综合国力的重要标志。化学机械平坦（CMP）是IC制造的核心工艺技术之一，是目前唯一能够同时实现全局和局部平坦化的技术。而集成电路铜互连阻挡层CMP作为平坦化的最终步骤，直接决定集成电路器件良率和可靠性。硅溶胶磨料作为阻挡层抛光液的重要组成部分，其浓度的大小直接决定了抛光结果的好坏。由于高磨料浓度带来的晶圆表面粗糙度大、设备沾污严重、生产成本提高等问题，低磨料浓度阻挡层抛光液研发显得尤为重要。本文针对这一问题，对低磨料浓度阻挡层抛光液进行了理论与技术的研究。首先，论文在机理研究方面应用了课题组建立的全新理论体系。FA/O螯合剂的螯合理论、胺化理

4、论、自钝化理论和pH调节理论构成了阻挡层抛光液中的化学理论体系，实现了多种材料速率选择性可控，提高了碟形坑和蚀坑的修正能力；非离子型活性剂和纳米级硅溶胶磨料的滞留层理论、质量传递理论、优先吸附理论和机械研磨理论构成了阻挡层抛光液中的机械理论体系，有效地解决了表面缺陷问题，降低了晶圆的表面粗糙度。其次，在使用小粒径硅溶胶、提高FA/OI型螯合剂含量和加入盐酸胍助剂三种方法的共同作用下，低磨料阻挡层抛光液极大程度地提高了材料的去除速率。使用布线片对低磨料阻挡层抛光液性能进行评估，得到Cu的去除速率均在280Å/min左右，TEOS的去除速率均在495Å/min左右

5、，碟形坑均小于400Å，蚀坑均小于200Å，布线槽铜线条电阻Rs主要集中在2.2~2.6kΩ之间，表面粗糙度Ra均在0.4nm以下。这些数据与生产评估标准相比，均符合生产标准，尤其是碟形坑和蚀坑的修正能力、表面粗糙度Ra更是优势明显。这说明低磨料阻挡层抛光液有着很突出的碟形坑和蚀坑修正能力，能够很大程度地降低晶圆表面粗糙度Ra，具有很强的实际应用价值。关键词：阻挡层CMP低磨料浓度螯合剂碱性抛光液IABSTRACTIntegratedcircuit(IC)isthecoreofinformationindustryandhigh-tech,whichisani

6、mportantsymboltomeasureacountry'sindustrialcompetitivenessandcomprehensivenationalstrength.Chemicalmechanicalplanarization(CMP)isoneofthecoretechnologiesinICmanufacturing.Itistheonlytechnologyofachievingglobalandlocalplanarization.ThecopperinterconnectbarrierlayerCMPisthefinalstepof

7、planarization,whichdirectlydeterminestheyieldandreliabilityofintegratedcircuitdevices.Colloidalsilicaabrasiveasanimportantpartofthebarrierlayerpolishingliquid,itsconcentrationdirectlydeterminesthepolishingresult.Becauseofhighconcentrationofabrasive，thewafersurfaceroughnessincreases,

8、thecontaminationofe