GLSI铜布线新型阻挡层Ru和Cu的CMP速率选择比研究

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1、分类号：TN305.2密级：公开UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文GLSI铜布线新型阻挡层Ru和Cu的CMP速率选择比研究论文作者：郑环学生类别：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科技重大专项资助项目（2009ZX02308）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofIntegratedCircuitEngineeringSTUDYONTHECMPRATESELECTIONTATIOOFNEWBARRI

2、ERLAYERRUTHENIUMANDCOPPERINGLSIByZhengHuanSupervisor：Prof.ZhouJianweiMay2017ThisworksupportedbytheSpecialProjectItemsNo.2inNationalLong-termTechnologyDevelopmentPlanNo2009ZX02308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

3、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。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）摘要随着集成电路技术的不断发展，特征尺寸（MOS管栅极距离）不断降低，制备技术不断面临着新的挑战。当技术节点发展到14nm以下时，传统的阻

4、挡层材料钽/氮化钽（Ta/TaN）会致使信号在铜(Cu)互连线的传输速度较低，延迟较大，为了减小信号的互连延迟，需要找到一种新型阻挡层材料来代替传统的阻挡层材料（Ta/TaN）。铂族金属钌（Ru）具有熔点高、电阻率低的物理性质，同时Ru可以与Cu实现直接电镀，省去了电镀Cu籽晶层的过程，可以提高Cu互连线的可靠性。然而Ru化学性质稳定，硬度较大，因此对Ru的化学机械抛光（CMP）的研究有着重要的意义，尤其对Ru和Cu在CMP过程中的速率选择比的研究较为关键。为了得到Ru和Cu在CMP过程中合适的速率选择比，本文首先研究了工艺参数对Ru、CuCMP的影响，选定一组最优工艺参数进行实验。

5、然后研究了不同磨料浓度对Ru、CuCMP的速率的影响，由于两者性质差异较大，Ru硬度大，不易被氧化，Cu硬度较小、易被氧化，VCu远大于VRu。为了提高VRu，必须选择加入氧化剂，本文研究了以H2O2为氧化剂时pH值、H2O2浓度对RuCMP的影响，结果表明：在碱性环境下特别是在pH值为10的时候可以得到Ru的最高去除速率。随后研究了H2O2与FA/OI型螯合剂的协同作用对Ru、CuCMP的影响，虽然FA/OI型螯合剂能够明显降低Ru、Cu之间的电偶腐蚀，但是VRu达到38nm/min时，相同条件下VCu却高达到400nm/min以上，并不能达到合适的速率选择比。为了进一步提高VRu

6、，研究了以NaClO为氧化剂时pH值、浓度对Ru的CMP的影响。碱性环境下Ru可以达到最高的去除速率，同时研究了NaClO与FA/OI型螯合剂的协同作用对Ru、CuCMP的影响，可以得到VRu为53.8nm/min，VCu为260.4nm/min，速率选择比比之前有了一些优化。然后通过加入抗蚀剂苯并三氮唑（BTA）来调整Ru和Cu的去除速率，BTA的加入能够大幅度降低VCu，小幅度降低VRu，最终通过调节BTA的加入量可以使VRu和VCu达到合适的速率选择比（1.15:1）。关键字：碱性螯合剂化学机械抛光钌速率选择比阻挡层IABSTRACTWiththedevelopmentofin

7、tegratedcircuit(IC)industry,thefeaturesizeofthedeviceisdecreasing,theICpreparationtechnologyisfacingnewchallenges.Whenthetechnologynodeislessthan14nm,thetraditionalbarriermaterialtantalum/tantalumnitride(Ta/TaN)willaffectthesignal