多层布线阻挡层去除速率与抛光液优化的研究-微电子学与固体电子学专业论文.docxVIP

河北工业大学硕士学位论文 河北工业大学硕士学位论文 多层布线阻挡层去除速率与抛光液优化的研究 摘 要 随着计算机技术、网络和通讯技术的快速发展 , ULSI特征尺寸已进入45nm时代，衬 底晶片直径300nm已规模应用，集成电路(IC)工艺变得越来越精细和复杂。多层布线结构 中每层刻蚀都要保证整片的平坦化，这是实现多层布线的关键技术。化学机械抛光 （Chemical Mechanical Polishing ，CMP）可以有效的兼顾表面局部和全部平整度。 当前，大都采用铜作为多层互连线的金属，它作为互连线有很大的优点，但是 Cu 与 介质层的粘附性比较差，并且容易扩散进入硅衬底形成深能级杂质，影响器件的可靠性， 因此需要一层阻挡层来解决这个问题。目前研究的扩散阻挡层的材料包括 TiW,TiN,Ta,TaN, Ta-Si-N 等，经过研究分析认为 Ta 是比较理想的阻挡层材料。然而，由于 Ta 是一种硬金 属，不易被 CMP 去除，如何在保证良好的表面状态下获得较高的去除速率成为关键技术之 一。 本文根据金属钽的性质特点，研究了碱性条件下钽的 CMP 机理模型。根据化学机械抛 光原理，通过单因素实验研究分析了工艺条件（包括压力、转速、流量等）和抛光液组分 （磨料浓度、表面活性剂、有机碱、氧化剂）对钽抛光速率的影响及其作用原理。 通过田口实验全面分析了各个因素对钽的去除速率的影响，确定了合适的工艺条件和 抛光液配比，可以得到较好的表面状态和去除速率，去除速率可以达到 835nm/min，表面 粗糙度是 0.4nm。 关键词：化学机械抛光，Ta，阻挡层，去除速率，抛光液 i 多层布线阻挡层去除速率与抛光液优化的研究 多层布线阻挡层去除速率与抛光液优化的研究 STUDY ON OPTIMIZATION OF CMP SLURRY AND REMOVAL RATE FOR BARRIER LAYER IN MULTILAYER INTERCONNECTION ABSTRACT With the rapid development of computer technology, networking and communications technology, ULSI feature size has entered the era of 45nm, and the wafer with a diameter of 300nm has been in scale application. IC technology has become increasingly precision and complex. Etching on each layer must ensure that the entire layer flattening in multilayer structure. And this is the key technology to achieve multi-layer wiring. At this stage, most of the use of Cu as a multi-layer wiring metal, as it has its obvious advantages. But copper has poor adhesion with dielectric, and is easy to diffuse into the silicon substrate and affects the reliability of the device, so a barrier layer is needed to solve the problem. The current studies of diffusion barrier materials include TiW, TiN, Ta, TaN, Ta-Si-N and so on, researches and analysis show that the Ta barrier layer is an ideal material. However, Ta is a hard metal can not easily be removed by CMP, so how to obtain a higher removal rate under good surface conditions is one of key technologies. According to the nature of the metal tantalum, we studied the mechanism of tantalum CMP under alkaline