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在基于大马士革结构互连工艺的下一代IC芯片制造中,为降低多层金属布线中的电致迁移和提高互连性能,全局平坦化成为必不可少的工艺过程。原有的化学机械平整化(CMP)技术由于过抛和高压力的缺点,极易造成新互连工艺中Cu/低k(介电常数)绝缘层材料的界面剥离和表面损伤。电化学机械平整化(ECMP)技术依靠机械和电化学协同作用,可在极低的下压力(<1.0 psi)下去除材料,能够满足新一代集成电路平坦化的要求。论文作者根据ECMP的原理,研制了能够满足实验要求的ECMP模拟系统。该实验系统能够实现电化学和摩擦信号的在线测量,具有速度和下压载荷可调节的优点。利用该实验系统,研究了铜的不同缓蚀剂在有机膦酸(HEDP)电解液中的ECMP性能,优化了Cu-ECMP工艺参数。分别在含有缓蚀剂BTA、PTA和5Me-BTA的HEDP体系中,针对微电子基材铜在ECMP模拟实验机上进行抛光液的筛选和外加电势、载荷及速度等工艺参数的确定。首先在静腐蚀条件下采用电化学测试手段中的线性扫描伏安法和计时电流法,根据阳极电流和腐蚀抑制效率优选了Cu-ECMP电解液和电压范围;之后进行Cu-ECMP模拟实验,根据动态过程中的i-t曲线和摩擦系数曲线,结合金相显微镜形貌观察,研究了电压、速度和载荷对Cu-ECMP的影响,优化了不同缓蚀剂体系中的Cu-ECMP工艺参数。通过对Cu-ECMP后的表面SEM形貌和轮廓、粗糙度分析,证明了缓蚀剂5Me-BTA在Cu-ECMP过程中的效果优于BTA和PTA。在30%HEDP+0.003M 5Me-BTA电解液中优化的工艺参数为:阳极电势0.5V下,工件相对速度为0.0125m/s,载荷50g。采用优化的电解液配方和工艺参数进行Cu-ECMP实验10min,抛光后铜表面粗糙度Ra达到9.0nm,材料去除率为0.275mg/min。应用XPS对铜在含有BTA的HEDP溶液中静态腐蚀表面进行分析,验证了BTA在铜表面与Cu+形成了Cu-BTA保护膜。结合缓蚀剂的分子结构,从分子吸附角度阐述了苯并三氮唑类有机缓蚀剂与金属铜的成膜机理。