【摘 要】
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化学机械抛光(CMP)是集成电路(IC)制造中基础的平坦化工艺,也是目前实现局部与全局平坦化唯一有效的手段。随着IC技术节点的缩小、晶圆尺寸的增大以及低k介质材料的应用,铜CM
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化学机械抛光(CMP)是集成电路(IC)制造中基础的平坦化工艺,也是目前实现局部与全局平坦化唯一有效的手段。随着IC技术节点的缩小、晶圆尺寸的增大以及低k介质材料的应用,铜CMP工艺朝着以化学作用为主导的方向发展,抛光浆料特性与抛光工艺是铜CMP的关键。因此,本文分别从抛光浆料材料与抛光工艺角度对铜膜平坦化性能进行了研究。从材料角度,设定抛光工艺参数:压力为2psi,流量为200ml/min,抛头和抛盘转速为70和80r/min,研究了甘氨酸—双氧水—苯骈三氮唑(BTA)体系抛光浆料各组分浓度对铜抛光速率的影响,结合电化学特性分析,得出抛光浆料在碱性范围且pH<9时具有良好钝化效果。抛光浆料中阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵(ADS)能配合BTA显著改变铜表面钝化特性,降低腐蚀电流,提高铜材料凸凹处去除速率选择性,从而有效降低台阶高度。最终确定1wt%硅溶胶、2wt%甘氨酸、1vol%FA/OI型螯合剂、20ml/L双氧水、200ppm BTA与0.5wt%ADS为抛光浆料最佳配比。从工艺角度,采用优化后的抛光浆料,研究了抛光工艺参数对铜抛光速率与片内非均匀性的影响,兼顾较高的材料去除速率与较小的片内非均匀性,确定最优抛光工艺压力为1.5psi,抛头和抛盘转速为85和90r/min,流量为300ml/min,得到抛光速率为4932?/min,片内非均匀性为4.5%。根据材料与工艺的研究结果,结合pH—电位图分析了BTA与ADS协同钝化对平坦化的影响。选择四组抛光浆料在3英寸65nm节点的晶圆以及8英寸的多尺寸晶圆线条上进行对比验证实验。结果表明:使用优化后的抛光浆料和工艺,晶圆台阶高度低至879?,多尺寸线条100×100μm与50×50μm对应平坦化效率分别为73.56%,84.39%,而窄线条10×10μm与5×5μm最终台阶高度接近零,铜表面粗糙度仅为0.42nm,片内非均匀性可达5.3%。
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