单烷基磷酸酯钾盐和烷基糖苷对钴互连化学机械抛光的影响

[目的]目前钴(Co)互连化学机械抛光(CMP)使用的传统唑类抑制剂(如苯并三氮唑)一般有毒性,会对环境造成危害。[方法]在以甘氨酸为配位剂、过氧化氢为氧化剂和SiO_(2)(平均粒径60 nm)为磨料的情况下,添加阴离子型表面活性剂单烷基磷酸酯钾盐(MAPK)和非离子型表面活性剂烷基糖苷(APG)作为抑制剂,得到绿色环保的抛光液。先从Co的去除速率和静态腐蚀速率、抛光液的润湿性及抛光后Co的表面品质入手,研究了MAPK与APG对Co互连CMP的影响。接着通过电化学分析和密度泛函理论分析,构建出两种表面活性剂在Co表面的吸附模型,探讨了它们对Co互连CMP的影响机制。[结果]MAPK与APG复配时抛光液的润湿性最好,Co镀膜片在CMP过程中的去除速率和静态腐蚀速率分别为454 nm/min和1 nm/min,抛光后表面品质良好,无腐蚀缺陷。[结论]MAPK和APG都较环保,有望替代传统抑制剂用于钴互连化学机械抛光。

钴互连化学机械抛光浆料中的界面腐蚀行为研究

芯片互连层进行化学机械抛光(CMP)时,抛光液对互连金属的腐蚀问题是影响抛光后表面质量的重要因素。本文在含有氧化剂过硫酸钾(KPS)、络合剂甘氨酸(Gly)和缓蚀剂苯骈三氮唑(BTA)的抛光液体系中,对互连金属钴的界面腐蚀行为进行了研究。结果显示,强氧化剂KPS在互连层抛光液中并不能使钴表面形成稳定钝化,需要进一步引入BTA以抑制过度腐蚀。静态腐蚀实验和扫描电子显微镜观察显示,BTA能有效地降低钴在抛光液中的腐蚀,提高表面质量,电化学测试计算出其缓蚀效率最高可达99.02%。电化学阻抗谱和X射线光电子能谱揭示了腐蚀过程机理:Gly的加入可以溶解钴表面的二价及三价氧化物,破坏KPS形成的钝化层,BTA的引入会大幅增加电化学腐蚀过程的电荷转移电阻,从而抑制抛光液对钴的腐蚀。

化学镀钴和超级化学镀填充的研究进展(英文)

随着半导体集成度的不断提高,铜互连线的电阻率迅速提高。当互连线宽度接近7 nm时,铜互连线的电阻率与钴接近。IBM和美国半导体公司(ASE)已经使用金属钴取代铜作为下一代互连线材料。然而,钴种子层的形成和超级电镀钴填充7 nm微孔的技术工艺仍是一个很大的挑战。化学镀是在绝缘体表面形成金属种子层的一种非常简单的方法,通过超级化学镀填充方式,直径为几纳米的盲孔可以无空洞和无缝隙的方式完全填充。本文综述了化学镀钴的研究进展,并分析了还原剂种类对化学镀钴沉积速率和镀膜质量的影响。同时,在长期从事超级化学填充研究的基础上,作者提出了通过超级化学镀钴技术填充7 nm以及一下微盲孔的钴互连线工艺。

芯片制程中金属互连工艺及其相关理论研究进展

随着芯片制程中互连线尺寸的不断减小,集成电路技术已经从以晶体管为中心的时代发展到以互连为中心的时代。传统的互连金属——铝、铜,在互连线性能和可靠性方面渐渐无法满足人们的需求。钴在微纳尺度下因具有更好的电性能,有可能取代铜而成为新的互连线金属,现已受到广泛关注。首先对芯片金属互连技术的历史和发展进行了综述,分别介绍了铝互连、铜互连的优点、存在的缺陷与改进方法,并对新一代钴互连技术进行了介绍,同时对潜在的互连材料,如钌、金、纳米碳材料等进行了总结。之后论述了超填充铜和超填充钴的相关机理,如铜的扩散-吸附整平机理、曲率增强加速剂覆盖机制(CEAC)以及钴的氢诱导失活机制、电压性依赖抑制机制、S型负微分电阻机制(S-NDR)、差动电流效率填充机制等。最后对铜超填充和钴超填充过程中的形核和生长过程的研究现状进行了分析,对不同镀液体系、基底材料、电镀工艺等对铜和钴的形核和生长的影响进行了归纳总结,以期对未来钴互连的研究提供帮助。

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。