銅與釕電化學(xué)機(jī)械拋光及其特性的研究.pdf

1、大規(guī)模集成電路制造中采用大馬士革工藝實(shí)現(xiàn)多層銅互連結(jié)構(gòu)，其中銅的電化學(xué)機(jī)械拋光與銅/釕阻擋層的電化學(xué)機(jī)械拋光是關(guān)鍵的兩個(gè)獨(dú)立的步驟。隨著銅布線特征尺寸日益減小和器件結(jié)構(gòu)層向微細(xì)復(fù)雜化發(fā)展，銅/低k介質(zhì)材料互連技術(shù)為集成電路芯片制造提出了方向與挑戰(zhàn)。本文開展銅與釕電化學(xué)機(jī)械拋光及其特性的研究。
　　采用電化學(xué)技術(shù)，納米劃痕試驗(yàn)，原子力顯微鏡測(cè)量以及X射線光電子譜分析對(duì)銅的電化學(xué)機(jī)械拋光電解液進(jìn)行了優(yōu)選，并對(duì)銅鈍化層進(jìn)行了表征，研究的

2、電解液包含不同pH值下的羥基乙叉二膦酸，甲基苯駢三氮唑，檸檬酸三銨。還研究了抑制劑甲基苯駢三氮唑與氯離子的協(xié)同抑制作用。結(jié)果表明銅電化學(xué)機(jī)械拋光后在堿性電解液中得到的平整化效率與表面質(zhì)量要優(yōu)于在酸性電解液中得到的結(jié)果。電化學(xué)機(jī)械拋光過程中外加電勢(shì)為影響樣品表面形成氧化層厚度的主導(dǎo)因素。X射線光電子譜分析表明在堿性電解液中生成的鈍化層含有二價(jià)的銅離子，未檢測(cè)到有一價(jià)的銅離子。
　　采用納米劃痕實(shí)驗(yàn)、原子力顯微鏡研究了銅電化學(xué)機(jī)械拋光

3、過程中電化學(xué)作用對(duì)機(jī)械磨損的影響。并基于采用 Berkovich壓頭的納米劃痕實(shí)驗(yàn)，提出了計(jì)算鈍化膜厚度的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)電化學(xué)機(jī)械拋光過程中拋光墊粗糙峰使銅表面產(chǎn)生劃痕的問題，采用納米劃痕實(shí)驗(yàn)與有限元結(jié)合的方法建立了銅電化學(xué)機(jī)械拋光過程中劃痕產(chǎn)生時(shí)拋光墊所受平均壓力、拋光墊硬度與摩擦系數(shù)的臨界關(guān)系方程。
　　采用電化學(xué)方法優(yōu)化同時(shí)適合銅/釕電化學(xué)機(jī)械拋光的電解液。研究的電解液包含甲基苯駢三氮唑，苯駢三氮唑，羥基乙叉二膦酸，以及抗壞

4、血酸，苯駢三氮唑與抗壞血酸分別作為銅與釕的陽極與陰極抑制劑。采用線性掃描伏安法、開路電勢(shì)、阻抗譜電化學(xué)方法及掃描電子顯微鏡、X射線光電子譜等表面檢測(cè)方法對(duì)釕的電化學(xué)機(jī)械拋光特性及銅/釕間的電偶腐蝕進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。結(jié)果表明抑制劑苯駢三氮唑與抗壞血酸的結(jié)合能有效地減輕銅/釕間的電偶腐蝕。在釕的電化學(xué)機(jī)械拋光過程中，外加電勢(shì)是影響釕表面氧化層及其特性的主要因素：隨著外加電勢(shì)的增大，表面氧化層厚度增加；載荷一定時(shí)，隨著線速度的增大，釕表面氧化