抛光垫使用寿命对铜CMP平均去除速率一致性的影响

针对抛光垫的使用寿命对铜膜平均去除速率一致性的影响进行研究,同时采用实时表面形貌控制(RTPC)技术,对抛光过程中,铜膜表面形貌进行实时监控。实验结果表明:抛光垫的使用寿命对铜膜化学机械抛光(CMP)平均去除速率影响很大,使用前期(抛光垫使用时间Tt≤500 pcs),铜膜平均去除速率稳定,粗抛一致性良好(片内非均匀性(WIWNU)为3.37%),粗抛后剩余膜厚范围小于60 nm。使用后期(Tt>500 pcs),粗抛速率一致性较差,粗抛后剩余膜厚范围大于100 nm。抛光垫修整能有效恢复抛光垫表面状态,采用在线同步修整技术,可以延长抛光垫使用寿命到750 pcs以上。但是过长的修整时间不能保证铜膜良好的平均去除速率一致性,也会加大抛光垫磨损,降低使用寿命。

CMP中TEOS去除速率的一致性

针对300 mm正硅酸乙酯(TEOS)镀膜片在化学机械平坦化(CMP)过程中中心去除速率快而边缘去除速率慢的问题,研究了抛光头摆动位置、抛光头不同区域压力和非离子型表面活性剂对TEOS去除速率一致性的影响。实验结果显示,抛光头距抛光盘中心越远,中心去除速率越慢,去除速率一致性越好;增加抛光头边缘压力,加快了边缘去除速率,提高了去除速率一致性;增加非离子表面活性剂添加量,提高了温度分布均匀性,进而改善去除速率一致性。与初始工艺对比,在抛光头摆动位置距抛光盘中心7.2~8.2英寸(1英寸=2.54 cm)、抛光头边缘压力增加20%、添加非离子表面活性剂体积分数1.5%条件下,片内非均匀性(WIWNU)降低了60.9%。

GSI多层铜布线化学机械平坦化速率一致性

采用自主研发的碱性铜布线抛光液,在300 mm化学机械平坦化平台上对铜镀膜去除速率一致性进行了实验研究,并对质量传递和速率一致性的关系进行了深入分析。研究结果表明,压力和流量变化对不同的抛光液影响不同。低压CMP下全局质量传递差较小,去除速率一致性好。随着压力的增大,铜的平均去除速率迅速增大;而压力的增大使晶圆中心和边缘处质量传递差增大,铜的去除速率差增大,导致去除速率一致性劣化。流量的增大利于提高全局去除速率一致性,并使全局质量传递加快,铜去除速率略有增大。该研究成果对提高300 mm铜布线片CMP全局平坦化,尤其是提高器件成品率和优品率有一定的指导意义。