抛光液化学成分对钨化学机械抛光效果的影响研究.pdf

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1、抛光液化学成分对钨化学机械抛光效果的影响研究六口梅广益口张克华口文东辉1．浙江师范大学工学院浙江金华3210042．浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310032摘要：化学机械抛光工艺(CMP)能够更好地满足光刻对平坦度的要求，因而被广泛应用于半导体制造工艺中。化学机械抛光液的不同成分将会直接影响到钨的抛光效果，从而影响到超大规模集成电路(ULSI)制备的成品率和可靠性。通过调配不同的氧化剂、蚀刻剂和配位剂组成的抛光液，进行抛光加工实验。当氧化剂和蚀刻剂含量比较低时，随着氧化剂和蚀刻剂的含量增加，抛光效果近似线性的提高，达到一定值以后，随着氧化剂的继续

2、增加，抛光效果反而下降。当氧化剂H10的含量为4％、IZe(NO)，浓度为0．05％时抛光效果最佳。使用浓度为20％的2Ixm的A1o磨粒，抛光最后表面粗糙度兄能达到0．198nm。关键词：钨化学机械抛光抛光效果化学成分中图分类号：TG175：TG702文献标识码：A文章编号：1000—4998(20l0)12—0088—04钨具有极高的熔点、较低的蒸气压、高温下的低膨应针对影响CMP过程的因素及其对抛光效果的影响胀性和尺寸稳定性，优异的高温力学性能以及特殊的规律进行深入研究，研究含有不同氧化剂和蚀刻剂成电性能。钨的这些宝贵性能，使钨成为当今高技术制造分的抛光液对抛光效果的影

3、响具有深远的意义。中最重要的基础材料之～，是国防建设中不可缺少的1钨的化学机械抛光材料，也是与人民生活质量息息相关的材料，因此钨加工在国民经济中有着重要的地位和作用。1．1钨的化学机械抛光原理随着现代机械加工技术和电子信息技术的飞速发在钨化学机械抛光的工艺过程中包含化学和机械展，各种机械元件、电子元件得到惊人的发展，并趋于两种作用，其原理图如图1所示。所加入的抛光液中的高性能化。高性能的集成电路x,／--@~键零件的表而氧化剂可使钨表面氧化成较脆性的钨氧化物(WxOy)，粗糙度和平面度等加工精度提出了越来越高的要求。形成钝化层，其主要化学反应方程式为：在半导体制造工艺中，为了

4、更好地满足光刻对平坦化w+H2O2一wO+H2O(1)的高要求，化学机械抛光工艺(CMP)已广泛应用在深钨氧化物主要成分是WO，、WO。和w0s。氧化膜亚微米技术中(<0．25m)⋯。钨的化学机械抛光技在钨的抛光过程中起着重要的作用，钨本身是一种高术是深亚微米CMOS集成电路研制中关键新工艺之硬度的金属，若没有较软的钝化层，很难被研磨抛光。一。钨由于其优良的抗电迁徙性能和易加工特性而被而被氧化形成钝化层后，由于钨氧化物的性质与钨金广泛应用于多层金属互连技术中。用钨化学机械抛光属相比产生了很大的变化，变得柔软，容易去除。在抛代替反应离子刻蚀回刻法，可使钨插塞表面和旁边的光过程中

5、，较软的钝化层使机械磨除作用变得容易，抛层间绝缘介质层完全平坦化，避免钨插塞凹陷现象，使光去除率提高1。后续多层金属互连容易进行，有益于改进器件接触互在抛光过干旱中，材料去除的高低选择比很重要，只连性能和提高集成电路密度【I。虽然目前化学机械抛有凸处不断被去除，而凹处不被去除，才能最终达到全光(CMP)技术广泛应用于衬底材料的抛光和多层布线中的层间平坦化加工中，但在实际生产过程中仍存在抛光效率低、加工质量重复性差、成品率低等问题，尤其是抛光液和抛光垫之间的相互作用关系，新的化学机械抛光工艺必然会有更复杂的化学剂加入。因此-h国家自然科学基金资助项目(编号：50705088)国

6、家重大科学研究计划课题(编号：2006CB932607)浙江省自然科学基金资助项目(编号：Y1091122)收稿日期：20l0年6月2010／12机械制造48卷第556期局平坦化。在钨的抛光过程中。钝化层对提高高低选择表1抛光液配方比起着重要的作用1。如图2所示，钨表面凸起处的氧配方MO1M02M03M04MO5M06M07化膜被磨料不断地去除，由于氧化层变薄，氧化反应在氧化剂H01％1％4％4％8％8％外购凸处继续进行；而低凹处表面的氧化膜依然存在，阻止蚀刻剂Fe(NO，)，O．O1％O．O5％0．Ol％O．O5％0．01％0．05％外购了抛光液中氧化剂对深层的钨进一步氧化

7、，从而提高蚀亥4抑带0齐0KCIO1％1％1％1％1％1％外购磨料Al：032O％20％2O％2O％2O％20％外购了选择性。凸处在不断地去除下最终和凹处一样，继续抛光，最终达到平坦。1．2钨C；MP抛光液化学成分的组成钨抛光的抛光液的主要成分有磨料和氧化剂，其成分的主要性质将会直接影响到抛光的效果，从而影响超大规模集成电路(ULSI)制备的成品率和可靠性。选择磨料时，应选择分散性好、流动性强、硬度适中、易于清洗的磨料。目前对于钨的CMP技术，最常用的磨料就是Al0，这是由于Al：0，比其它大多数磨料更