IC互连金属及其阻挡层化学机械抛光的研究进展

集成电路的产业发展作为衡量一个国家经济实力的重要指标,反映该国的整体实力。在集成电路的众多制备工艺中,化学机械抛光(Chemical mechanical planarization,CMP)是关键制造技术之一,也是目前应用最广且能够实现全局和局部平坦化的技术。互连技术与CMP紧密相关,芯片互连属于后段制程,目前的互连技术主要包括铜互连、钴互连,在使用这些互连技术时不可避免地会影响芯片的性能,包括金属离子扩散速率快、薄膜与衬底的结合强度差等,学者们通过加入阻挡层来解决这些问题。互连金属和阻挡层都要进行CMP工序,它直接决定芯片良率和可靠性。本文总结了互连金属及其阻挡层化学机械抛光的研究进展,以技术节点出发介绍了三种典型的互连金属以及它们常用的阻挡层材料,分析总结了各种材料的抛光机理、抛光液组分、抛光效果及其材料的应用优势与缺陷,简述了在CMP互连与阻挡层的研究中存在的局限性,最后对新的材料、新型互连技术的研发及应用进行了展望。

TTA-K与pH值对Ru阻挡层Cu互连图形片CMP的影响

研究了甲基苯并三氮唑钾盐(TTA-K)与pH值协同作用对Ru基阻挡层Cu互连图形片Cu膜化学机械平坦化(Cu CMP)后碟形坑及蚀坑的影响。静态腐蚀实验结果表明,Cu静态腐蚀速率和Cu去除速率随TTA-K体积分数增加而显著降低,随抛光液pH值增加而显著上升。即TTA-K对Cu静态腐蚀有明显的抑制作用,但TTA-K对Cu的抑制效果随抛光液pH值升高而逐渐减弱。图形片Cu CMP结果表明,在抛光液pH值为9时,仅体积分数0.1%的TTA-K即可将线宽和线间距分别为100μm和100μm的碟形坑深度由350 nm降低到70 nm,将线宽和线间距分别为9μm和1μm的蚀坑深度由250 nm控制在60 nm,且满足Cu和Ru去除速率比大于100∶1的工艺要求,具有较强的平坦化性能。X射线光电子能谱(XPS)结果表明其平坦化机理为TTA-K与Cu形成钝化膜附着在Cu表面,阻挡了抛光液进一步腐蚀。

不同抑制剂对铜图形片化学机械抛光后碟形坑及蚀坑的影响

研究了苯并三氮唑(BTA)、1,2,4−三氮唑(TAZ)和2,2′−{[(甲基−1H−苯并三唑−1−基)甲基]亚氨基}双乙醇(TT)3种不同抑制剂对铜互连Ru/TaN阻挡层图形片化学机械抛光(CMP)后碟形坑及蚀坑的影响。静态腐蚀实验结果表明,BTA与TT能够较好地抑制铜的腐蚀,TAZ的抑制作用相对较弱。铜图形片CMP的结果表明,BTA和TT钝化能力强,仅1 mmol/L的用量即可较好地修正各种线宽/线间距的碟形坑及蚀坑。对于线宽/线间距为100μm/100μm和50μm/50μm的碟形坑,用BTA时修正了约1500Å,用TT时修正了约1900Å,而用TAZ时仅修正了约500Å。其平坦化机理为BTA和TT能够与铜形成Cu-TT和Cu-BTA钝化膜吸附在铜表面,阻挡了Cu的进一步腐蚀。