鎢化學機械拋光工藝優(yōu)化研究.pdf

1、鎢化學機械拋光技術是深亞微米CMOS集成電路研制中關鍵新工藝之一。鎢由于其優(yōu)良的抗電遷徙性能和宜加工特性而被廣泛應用于多層金屬互連技術中。用鎢化學機械拋光代替反應離子刻蝕回刻法，可使鎢插塞表面和旁邊的層間絕緣介質層完全平坦化，避免鎢插塞凹陷現(xiàn)象，使后續(xù)多層金屬互連容易進行，有益于改進器件接觸／互連性能和提高集成電路密度。為了滿足日益發(fā)展的集成電路制造技術需求，鎢化學機械拋光工藝必須進行優(yōu)化，以進一步降低凹陷、過蝕等缺陷，提高生產(chǎn)效率，降

2、低成本。 本論文研究了拋光特性和工藝條件的依存性。當壓力、拋光頭及拋光臺轉速增加時，機械作用和化學作用都逐步增強，從而拋光速率上升。研究中發(fā)現(xiàn)，在鎢化學機械拋光過程中，具有強烈的溫度效應。在拋光初期，溫度在25-30℃左右，化學作用緩慢，拋光速率平均約500A／min。拋光墊由于摩擦生熱逐步升溫，當拋光時間大于30秒后，溫度將達到并保持在60-70℃，拋光速率會穩(wěn)定在2500-3000A／min。 實驗研究了拋光特性和相

3、關耗材的依存性。當拋光液的流量小于一定值時，拋光速率隨流量的變大呈線性增加。當拋光液的流量大于lOOml／min后，拋光速率和均勻性趨于飽和。隨著拋光液稀釋比例變大，拋光速率下降，同時均勻性變差。不同的型號的修整器具有不同的金剛石形狀和切割速率，對鎢化學機械拋光特性也有顯著影響。實驗發(fā)現(xiàn)，把淀積有鎢膜的樣品浸泡在拋光液中后，會在鎢膜的表面生長一層具有自限制作用的氧化物鈍化膜，其厚度約為10-20A，不隨浸泡時間增長而變化。在綜合分析實驗

4、數(shù)據(jù)基礎上，選取了優(yōu)化工藝方案，并進行了1500片硅片的重復性和可靠性驗證實驗。實驗結果表明，采用優(yōu)化的鎢化學機械拋光工藝方案，生產(chǎn)效率得到顯著提高并且降低了缺陷和生產(chǎn)成本。單位小時處理硅片能力從原來的23片增加到28片；拋光液的使用量從原來的每片2升降到了1．5升。同時消除了鎢殘留問題，使成品率提高約2％。采用此優(yōu)化鎢化學機械拋光工藝方案，對于一個月產(chǎn)4．5萬200毫米硅片的集成電路制造生產(chǎn)線來說，每年可以為企業(yè)增加約六百萬美元的經(jīng)濟