铜互连钴阻挡层的电偶腐蚀及碱性抛光液稳定性的研究

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集成电路(IC)的特征尺寸缩小到14 nm后,传统的Ta/Ta N阻挡层被Co/Ta N阻挡层所取代。新材料的引入为阻挡层的化学机械抛光(CMP)技术提供了新的挑战。Cu与Co之间的电偶腐蚀,Cu/Co/TEOS的去除选择比的控制,以及提高碱性抛光液稳定性等问题已成为研究热点。因此,开展铜互连钴阻挡层电偶腐蚀及碱性抛光液稳定性的研究,对于推动IC的发展及解决相应的实际问题具有非常重要的意义。本文研究了氧化剂双氧水(H2O2)、络合剂焦磷酸钾(PP)和不同缓蚀剂对Cu/Co电偶腐蚀的影响。在PP-H2O2的体系下,通过单因素实验研究抛光液各组分对Cu/Co/TEOS去除速率的影响,并通过对MIT 854图形片的抛光,验证所配抛光液的优劣。除此之外,研究了抛光液各组分对碱性抛光液稳定性的影响,通过正交实验优化抛光液配比后,引入十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和有机碱四甲基胍(TMG),用以进一步提高抛光液的稳定性。本文研究成果展示如下:(1)在PP-H2O2体系下,H2O2和绿色缓蚀剂植酸(PA)共同作用下降低了Cu/Co的腐蚀电位差;PP对Cu、Co有络合和缓蚀的双重效果,加入0.5 wt%H2O2后,Cu/Co的腐蚀电位随PP浓度的增加而提高;p H值为10,植酸浓度为400 ppm时,Co的腐蚀电位为117 m V,通过XPS实验,分析了PA对Co的缓蚀作用;使用TMG取代KOH调节p H,Cu/Co的腐蚀电位差降低为6 m V。(2)PP-H2O2体系下,随着Si O2浓度的增加,Cu/Co/TEOS的去除速率(RR)均有所提高;抛光液中加入0.1 wt%H2O2,Co的RR可达1492(?)/min;随着缓蚀剂PA的加入,进一步提高了Co的去除速率;由MIT 854图形片的抛光数据可知,使用KOH调节p H的抛光液修正腐蚀坑和碟形坑的能力优于TMG。(3)研究了Si O2、H2O2、PP和PA等试剂对碱性抛光液稳定性的影响。Si O2浓度为1 wt%和3 wt%时,放置30天,抛光液无明显分层现象,浓度为10 wt%时,放置15天后出现凝胶分层现象;H2O2浓度为2 wt%时,放置7天后,抛光液的平均粒径变化最大;本实验所用的PP中的K+含量对稳定性的影响较小;PA的浓度大于100ppm后,抛光液的Zeta电位的绝对值一直大于30 m V,因此PA的引入有利于提高抛光液的稳定性;在正交实验优化的抛光液组分基础上加入SDBS和TMG,抛光液放置30天Cu去除速率降幅为22.1%。
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