【摘 要】
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目前,极大规模集成电路（GLSI）的关键技术节点已降低到7 nm以下,传统阻挡层材料钽/氮化钽（Ta/TaN）已不能满足集成电路（IC）发展的要求。金属钌（Ru）因具有低电阻率、高可靠性等优势成为新型铜互连阻挡层材料的研究热点。然而,Ru由于较高的硬度及高的化学反应惰性,在化学机械平坦化（CMP）过程中难以去除,且多种材料去除速率选择性难以控制,严重制约了钌阻挡层工艺技术的应用。本文针对新型络合剂
【基金项目】
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国家中长期科技发展规划02科技重大专项资助项目（2016ZX02301003-004-007）；
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目前,极大规模集成电路（GLSI）的关键技术节点已降低到7 nm以下,传统阻挡层材料钽/氮化钽（Ta/TaN）已不能满足集成电路（IC）发展的要求。金属钌（Ru）因具有低电阻率、高可靠性等优势成为新型铜互连阻挡层材料的研究热点。然而,Ru由于较高的硬度及高的化学反应惰性,在化学机械平坦化（CMP）过程中难以去除,且多种材料去除速率选择性难以控制,严重制约了钌阻挡层工艺技术的应用。本文针对新型络合剂NH4+构成的NH4+-H2O2平坦化抛光液对铜互连钌阻挡层CMP中所涉及的阻挡层材料Ru、布线层材料Cu以及介质材料TEOS（SiO2薄膜）之间的去除速率选择性及去除机理进行了深入研究。主要内容如下:1.首先研究了NH4+与H2O2的协同作用对Ru/Cu/TEOS去除速率的影响。研究发现,在NH4+-H2O2体系中,随着NH4+浓度增加,三种材料的去除速率随之提高。当NH4+离子浓度为80 mM时,Ru去除速率由130（?）/min可提升到690（?）/min,AFM测试结果表明抛光后Ru表面粗糙度<1 nm;Cu、TEOS的去除速率也得到大幅提升。稳定性结果表明当NH4+浓度高于160 mM时会导致SiO2胶体粒径变大,出现凝胶现象,导致抛光液不稳定。2.为抑制Cu的去除速率,提高Cu/Ru/TEOS去除速率选择性,研究了新型抑制剂2,2′-{[（甲基-1H-苯并三唑-1-基）甲基]亚氨基}双乙醇（TT）对Cu/Ru/TEOS去除速率的影响。实验结果表明:TT对Cu的去除速率有明显的抑制作用,而对Ru和TEOS的去除速率影响不大。通过改变TT浓度,H2O2浓度,NH4+浓度可实现Cu/Ru/TEOS去除速率选择比可控。当在5 wt%SiO2和0.15 wt%H2O2的抛光液中加入80 mM NH4+和1000 ppm TT时,可有效修正碟形及蚀坑的深度。3.研究了NH4+和TT对Cu/Ru/TEOS的去除机理。通过表面元素分析（XPS）、电化学实验及zeta电位测试研究表明:NH4+可与Ru表面和H2O2氧化反应生成RuO2/RuO4-/RuO42-等钌的氧化物发生络合反应生成易溶于水的Ru-NH4络合物,有效提高Ru的去除速率。NH4+与Cu的氧化物同样生成易溶于水的络合物,而与TEOS水解生成的硅酸根发生双水解反应。TT对Cu的抑制作用可能是因为TT通过1,2,3-三唑环的三个氮原子中的孤对电子与金属表面形成共价键和配位键,进而在金属表面的紧密吸附形成钝化层,保护金属的表面进一步氧化,抑制金属的去除;而Ru和TOES的惰性比Cu强,与TT吸附钝化相对弱,对Ru和TEOS的去除速率影响不大。
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