緩蝕劑對銅摩擦電化學性能影響的研究.pdf

1、在基于大馬士革結(jié)構(gòu)互連工藝的下一代IC芯片制造中，為降低多層金屬布線中的電致遷移和提高互連性能，全局平坦化成為必不可少的工藝過程。原有的化學機械平整化（CMP）技術由于過拋和高壓力的缺點，極易造成新互連工藝中Cu/低k（介電常數(shù)）絕緣層材料的界面剝離和表面損傷。電化學機械平整化（ECMP）技術依靠機械和電化學協(xié)同作用，可在極低的下壓力（＜1.0 psi）下去除材料，能夠滿足新一代集成電路平坦化的要求。
　　論文作者根據(jù)ECMP的原

2、理，研制了能夠滿足實驗要求的ECMP模擬系統(tǒng)。該實驗系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電化學和摩擦信號的在線測量，具有速度和下壓載荷可調(diào)節(jié)的優(yōu)點。利用該實驗系統(tǒng)，研究了銅的不同緩蝕劑在有機膦酸（HEDP）電解液中的ECMP性能，優(yōu)化了Cu-ECMP工藝參數(shù)。
　　分別在含有緩蝕劑BTA、PTA和5Me-BTA的HEDP體系中，針對微電子基材銅在ECMP模擬實驗機上進行拋光液的篩選和外加電勢、載荷及速度等工藝參數(shù)的確定。首先在靜腐蝕條件下采用電化學測試手

3、段中的線性掃描伏安法和計時電流法，根據(jù)陽極電流和腐蝕抑制效率優(yōu)選了Cu-ECMP電解液和電壓范圍；之后進行Cu-ECMP模擬實驗，根據(jù)動態(tài)過程中的i-t曲線和摩擦系數(shù)曲線，結(jié)合金相顯微鏡形貌觀察，研究了電壓、速度和載荷對Cu-ECMP的影響，優(yōu)化了不同緩蝕劑體系中的Cu-ECMP工藝參數(shù)。
　　通過對Cu-ECMP后的表面SEM形貌和輪廓、粗糙度分析，證明了緩蝕劑5Me-BTA在Cu-ECMP過程中的效果優(yōu)于BTA和PTA。在30

4、％HEDP+0.003M5Me-BTA電解液中優(yōu)化的工藝參數(shù)為：陽極電勢0.5V下，工件相對速度為0.0125m/s，載荷50g。采用優(yōu)化的電解液配方和工藝參數(shù)進行Cu-ECMP實驗10min，拋光后銅表面粗糙度Ra達到9.0nm，材料去除率為0.275mg/min。
　　應用XPS對銅在含有BTA的HEDP溶液中靜態(tài)腐蝕表面進行分析，驗證了BTA在銅表面與Cu+形成了Cu-BTA保護膜。結(jié)合緩蝕劑的分子結(jié)構(gòu)，從分子吸附角度闡述了