【摘 要】
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集成电路中摩尔定律一直驱动着半导体器件特征尺寸不断缩小,在14 nm及以下技术节点,过渡金属钴（Co）取代钽（Ta）成为阻挡层材料之一。同时低k介质的引入有效降低了RC延迟,使铜互连钴阻挡层和低k介质结构成为集成电路设计主流。新材料的引入致使阻挡层化学机械平坦化（CMP）面临着新的问题。在钴基阻挡层CMP中Cu/Co电偶腐蚀,Cu布线与阻挡层金属材料去除速率控制,以及超低k（ULK）介质过抛等问题
【基金项目】
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国家中长期科技发展规划02科技重大专项资助项目（2016ZX02301003-004＿007）； 河北省高层次人才资助项目百人计划项目（E2013100006）；
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集成电路中摩尔定律一直驱动着半导体器件特征尺寸不断缩小,在14 nm及以下技术节点,过渡金属钴（Co）取代钽（Ta）成为阻挡层材料之一。同时低k介质的引入有效降低了RC延迟,使铜互连钴阻挡层和低k介质结构成为集成电路设计主流。新材料的引入致使阻挡层化学机械平坦化（CMP）面临着新的问题。在钴基阻挡层CMP中Cu/Co电偶腐蚀,Cu布线与阻挡层金属材料去除速率控制,以及超低k（ULK）介质过抛等问题已成为研究热点。因此,深入开展阻挡层抛光液以及阻挡层材料CMP机理研究,对解决实际问题有重要意义。本文研究了双氧水（H2O2）和不同的缓蚀剂对Cu/Co电偶腐蚀的影响。并引入络合剂邻苯二甲酸氢钾（KHP）,确定了其对Cu/Co的络合作用。同时引入ULK介质抑制剂辛基酚聚氧乙烯醚（OP-50）和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-15）,研究了其对ULK介质去除速率的抑制机理。最后以KHP为络合剂,H2O2为氧化剂,考察了抛光液各组分对Cu/Co/TaN/TEOS/ULK介质抛光性能的影响,确定了合适的抛光液配比。主要研究成果如下:（1）H2O2和1,2,4-三氮唑（TAZ）可有效提高Cu/Co腐蚀电位,降低Cu/Co腐蚀电位差,在0.1 wt%H2O2和400 ppm TAZ条件下,Cu/Co腐蚀电位差仅为3 mV。且PO与TAZ复配后,达到了Cu/Co腐蚀电位差低,腐蚀电流密度低的效果。（2）通过傅里叶红外光谱（FTIR）确定了KHP对Cu/Co的络合作用以及成键形式。在电化学实验中发现KHP与H2O2通过协同作用,能够使Cu/Co腐蚀电位升高,腐蚀电位差降低。通过XPS分析,发现KHP对Co具有络合和缓蚀双重作用。（3）OP-50和AEO-15均能抑制ULK介质的去除速率。其中,OP-50能够有效保护ULK介质表面,使得k值增幅小于2%。结合接触角、分子结构、浓度与ULK介质去除速率的内在关系,提出了AEO-15、OP-50与ULK介质的作用机理。（4）系统研究了抛光液中二氧化硅（SiO2）磨料、双氧水、络合剂以及缓蚀剂对阻挡层材料去除速率的影响,制备出以二氧化硅为磨料的阻挡层抛光液。使用Cu/Co/TaN/TEOS/ULK镀膜片对所制备二氧化硅阻挡层抛光液进行验证。在此抛光液体系中,Cu/Co腐蚀电位差为4 mV,同时得到了较好的材料去除速率选择比。
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