【摘 要】
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因为市场的持续进步,集成电路（IC）作为半导体工业的焦点,其工艺复杂性也越来越高。在技术节点已经进入3 nm节点的现在,国际对IC中晶圆的性能要求越来越高,多层金属互连层数也越来越多,对每一层互连线之间的平坦化性能提出了更高的挑战。本论文在国家02重大专项的支持下,对现有的碱性抛光液CMP后的表面质量进行研究,主要目标是实现多层铜互连阻挡层低的表面粗糙度。下面是论文的主要研究内容:1.论文对抛光液
【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（2009ZX02308,2016ZX02301003-004-007）；
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因为市场的持续进步,集成电路（IC）作为半导体工业的焦点,其工艺复杂性也越来越高。在技术节点已经进入3 nm节点的现在,国际对IC中晶圆的性能要求越来越高,多层金属互连层数也越来越多,对每一层互连线之间的平坦化性能提出了更高的挑战。本论文在国家02重大专项的支持下,对现有的碱性抛光液CMP后的表面质量进行研究,主要目标是实现多层铜互连阻挡层低的表面粗糙度。下面是论文的主要研究内容:1.论文对抛光液的主要成分进行研究分析及规律总结。首先是对磨料纳米SiO2的粒径和浓度进行分析,得出在粒径为60 nm和浓度为15 wt%时表面粗糙度最小。其次是应用化学机械抛光,接触角测量和SEM检测等检测方法,确定实现低表面粗糙度的当层抛光液中组分配比优化后的结果是:FA/O Ⅱ螯合剂是0.15 wt%,柠檬酸钾的浓度是3 wt%,磨料浓度是15 wt%,过氧化氢H2O2是0.01 wt%,抛光液的p H=9。CMP后表面粗糙度从0.0215μm降至0.293 nm,下降幅度超过98.6%,且Cu/Ta/TEOS的速率分别为637.72（?）/min、677.76（?）/min、650.20（?）/min,满足了速率选择比Ta+TEOS>2Cu,碟形坑从870（?）修正到376（?）,有利于平坦化。2.对CMP工艺条件进行基础性和深入研究,得出实现低表面粗糙度的最优多层铜互连阻挡层抛光的抛光工艺条件为:抛光压力为1.5 psi,抛头/抛盘转速为87/93 rpm,抛光液流量为300 ml/min。工艺条件优化后,阻挡层铜表面粗糙度由0.0216μm降至0.248 nm,碟形坑从870（?）修正到376（?）,得到了较为好的实验结果,这对于达到良好的表面质量非常重要。其次是针对纳米SiO2中的大颗粒进行过滤,对过滤器的不同尺寸进行研究,得出结论:纳米SiO2中的大颗粒主要集中在在1μm-0.5μm之间,且1μm+0.5μm的过滤器过滤后可以得到最佳的表面质量,为之后的缺陷研究打下良好基础。3.在理论方面,指出控制大颗粒的形成与去除是达到控制表面粗糙度的重要条件,并且创新性地提出来复合络合剂和复合活性剂,建立相关影响模型,提出了K+影响速率的机理和作用机制;复合活性剂降低表面粗糙度的机理为增强表面润湿性和阻止颗粒聚集,为之后的阻挡层CMP研究提供重要的理论依据和参考价值。
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