论文部分内容阅读
极大规模集成电路(GLSI)阶段,每个芯片上可集成数十亿个元器件。技术节点到达14nm以下,传统的阻挡层已不能满足技术发展的需求。由于金属材料钌(Ru)具有更低的电阻率,粘结性好,可以直接电镀铜,有效减小阻挡层的厚度,并具有更高的阻挡层性能,因此可代替传统的钽(Ta),作为新一代铜互连扩散阻挡层的优良材料。化学机械抛光(CMP)是实现Ru基阻挡层平坦化的关键技术。在CMP过程中,由于Ru和Cu存在较大的接触电位差,与抛光液接触会造成严重的电偶腐蚀,导致Cu/Ru界面腐蚀,严重影响器件可靠性。因此,本文针对Ru基阻挡层CMP过程中存在的Cu/Ru界面腐蚀问题(Ru的腐蚀、Cu/Ru电偶腐蚀)进行理论与材料的深入研究,主要内容如下:本文采用化学作用为主的弱碱性路线,通过电化学实验方法,揭示了pH值、氧化剂、螯合剂、活性剂和腐蚀抑制剂对Cu和Ru电化学的腐蚀机理和Cu/Ru间电偶腐蚀的抑制机理。研究结果表明:pH值对Cu、Ru腐蚀成膜影响很大,在pH值为9的弱碱性条件下可有效控制Cu/Ru间电偶腐蚀现象。利用高碘酸钾的氧化钝化作用,选取最佳浓度0.015mol/L,降低Ru和Cu间腐蚀电位差。在此基础上,利用FA/O II型螯合剂的强螯合作用,螯合金属离子,溶解钝化膜,同时有效降低Ru和Cu间腐蚀电位差。课题同时依据优先吸附机理,选用自主研发的FA/O I型非离子表面活性剂,能得到好的Cu、Ru表面形貌。最后分别对Ru和Cu的腐蚀抑制剂进行研究,选取无毒无味的抗坏血酸和1,2,4-三氮唑,避免了BTA带来的CMP后清洗难题。优化后的碱性阻挡层抛光液为:高碘酸钾0.015mol/L,FA/O II型螯合剂1.5ml/L,FA/O I型非离子表面活性剂5ml/L,抗坏血酸5mM,1,2,4-三氮唑1000ppm。Cu/Ru间腐蚀电位差降为16mV,可有效抑制Cu/Ru间严重的电偶腐蚀现象,解决了界面腐蚀问题,同时Ru与Cu的去除速率分别为284?/min和259?/min,选择比大于1,有益于碟形坑和蚀坑的修正,为Ru CMP新技术的研究奠定理论基础。