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随着半导体集成电路的发展,特征尺寸不断缩小,集成电路制造工艺越来越复杂。化学机械平坦化是集成电路制造的关键工艺之一,是多层铜布线实现局部和全局平坦化的核心技术。阻挡层CMP是多层铜布线平坦化的最后一道工序,抛光质量直接影响器件的可靠性。本文在国家重大专项支持下,为降低磨料浓度、降低机械压力,对65nm技术节点阻挡层CMP理论与技术进行研发,获得了新的突破,为微电子技术进一步发展打下良好基础。论文的主要创新成果如下:1.应用质量传递理论和滞留层理论对CMP工艺参数进行深入研究,得出最优抛光工艺参数:工作压力1.0psi,背压0psi,抛头转速57rpm,抛盘转速63rpm,抛光液流量300ml/min。较目前行业工艺技术水平(1.5psi~2.0psi),工作压力降低30%以上。研究成果满足技术进一步发展对低机械压力的要求,同时实现了较好的平坦化效果(WIWNU=0.021)及表面粗糙度(Sq=0.617nm)。2.应用碱性阻挡层抛光理论,在不加国际主流产品通用的氧化剂和腐蚀抑制剂条件下,通过引入螯合剂大幅提高化学作用的方法,成功将磨料浓度由原来的20wt%降低到了10wt%,实现了速率选择比((RRTa+RRSi O2)/RRCu=1.5~2.0)的可控、可调。该研究成果为低磨料、低压力CMP打下良好基础。3.应用动态电化学与化学机械抛光相结合的新方法,确定了最优抛光液配比:FA/O型活性剂为6vol%、FA/O I型螯合剂为7.5vol%、FA/O II型螯合剂为0.05vol%。研究成果有效解决了界面腐蚀难以控制的关键技术问题。4.应用上述研究结果对65nm技术节点12英寸图形片进行加工,晶圆抛光后的漏电流(I=10-12A)较国际上的商用抛光液(I=10-11A)低一个数量级,碟形坑深度较商用抛光液减小200?左右,蚀坑深度约为商用抛光液的1/2,界面腐蚀得到有效控制。研究成果对实际产业应用具有一定指导意义。5.对12英寸图形片阻挡层CMP后FA/O碱性清洗剂进行生产验证,当FA/O II型螯合剂为0.0075vol%、FA/O型表面活性剂为0.15vol%时,清洗后晶圆表面缺陷数量最少,并且成功解决了氧化铜和苯并三氮唑的残留问题,实现了清洗剂碱性化。所研制的FA/O碱性清洗剂具有成分简单、生产过程容易控制、性价比高、不腐蚀设备、无污染等优点,满足20nm~14nm新型阻挡层材料需实现清洗剂碱性化的要求。