【摘要】：在鋁柵化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)中磨料直接影響去除速率和表面粗糙度。采用不同粒徑的磨料配置拋光液對鋁柵進(jìn)行CMP實驗,對去除速率和表面形貌測試結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明,去除速率與參與拋光的磨料顆粒數(shù)目和單個顆粒去除速率有關(guān),表面粗糙度與單個磨料顆粒機(jī)械作用和拋光后磨料顆粒表面吸附有關(guān),并對拋光液穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。最終選用粒徑70 nm,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的磨料,去除速率可達(dá)到181 nm/min,表面粗糙度為9.1 nm,對今后鋁柵CMP的研究提供了參考。
【圖文】：

Intel公司在2007年率先研發(fā)出高k金屬柵(HKMG)結(jié)構(gòu)的電子產(chǎn)品，實現(xiàn)了技術(shù)的突破［3］。HKMG技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在45nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)，作為HKMG中的替代金屬柵極(ＲMG)已經(jīng)將柵電極材料替換為鋁［4］。因此為了解決鋁柵化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)制造工藝的要求，研究納米SiO2作用對提高CMP技術(shù)水平具有重要意義。磨料是拋光液中重要的組成部分，在拋光過程中主要起機(jī)械作用，隨著拋光頭和拋光墊的相對轉(zhuǎn)動與鋁表面化學(xué)反應(yīng)生成物進(jìn)行磨損，對其進(jìn)行去除。圖1為拋光示意圖。磨料在質(zhì)量傳遞中作為反應(yīng)物和生成物的載體，將反應(yīng)物帶入拋光界面，將生成物帶出拋光界面，最終實現(xiàn)化學(xué)作用和機(jī)械作用達(dá)到平衡，提高去除速率［5］。但磨料的機(jī)械作用也容易產(chǎn)生劃痕和顆粒殘留缺陷，從而增加了表面粗糙度［6］。磨料粒徑與拋光去除速率對拋光后表面形貌具有重要影響，，本文采用不同粒徑磨料，通過實驗對去除速率和表面粗糙度進(jìn)行研究，得出最佳粒徑的磨料，為鋁柵平坦化研究提供參考。圖1拋光示意圖1實驗實驗以E460E拋光機(jī)和羅門哈斯POLITEX拋光墊(法國Alpsitec公司)為實驗平臺，采用與填充柵極鋁金屬相同的濺射方式在p型硅襯底上沉積了一層鋁膜，并用線切割成δ為(2．5±0．1)mm直徑76．2mm的鋁片。實驗所用磨料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，粒徑分別為30、50、70、100和120nm，磨料粒徑由粒徑測試儀-PSS380ZLS激光納米粒度(美國PSS粒度分析儀公司)和G2F20S-TWIN透射電子顯微鏡(TEM)(美國FEITecnai)進(jìn)行測量，其充分有效地融合動態(tài)光散射(DLS)和電泳光散射(ELS)技術(shù)，可以多角度檢測分析液態(tài)納米顆粒系的粒度，磨料粒徑如圖2所示。實驗使用Agilent5600LS原子力顯微鏡(美國)測量拋光后鋁片表面粗糙度。圖2硅溶膠磨料粒徑TEM照片在?

?1實驗實驗以E460E拋光機(jī)和羅門哈斯POLITEX拋光墊(法國Alpsitec公司)為實驗平臺，采用與填充柵極鋁金屬相同的濺射方式在p型硅襯底上沉積了一層鋁膜，并用線切割成δ為(2．5±0．1)mm直徑76．2mm的鋁片。實驗所用磨料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，粒徑分別為30、50、70、100和120nm，磨料粒徑由粒徑測試儀-PSS380ZLS激光納米粒度(美國PSS粒度分析儀公司)和G2F20S-TWIN透射電子顯微鏡(TEM)(美國FEITecnai)進(jìn)行測量，其充分有效地融合動態(tài)光散射(DLS)和電泳光散射(ELS)技術(shù)，可以多角度檢測分析液態(tài)納米顆粒系的粒度，磨料粒徑如圖2所示。實驗使用Agilent5600LS原子力顯微鏡(美國)測量拋光后鋁片表面粗糙度。圖2硅溶膠磨料粒徑TEM照片在直徑為76．2mm鋁片上進(jìn)行拋光，工藝參數(shù)如表1所示。表1CMP工藝參數(shù)工作壓力13．780kPa背壓0kPa拋頭轉(zhuǎn)速55r/min拋盤轉(zhuǎn)速60r/min流量150mL/min拋光時間180s實驗中配置的5種拋光液的化學(xué)試劑完全相同，只是磨料粒徑不同。使用稱量法計算材料的去除速率，即對鋁柵CMP拋光前后鋁片的質(zhì)量分別進(jìn)行測量，測量設(shè)備為MettlerToledoAB204-N分析天平，精度為0．1mg，測量后求出拋光前后質(zhì)量差，根據(jù)CMP速率計算公式計算去除速率，公式如下:MＲＲ=△mπr2ρt(1)式中:MＲＲ為材料去除速率，nm/min;△m為拋光前后質(zhì)量差，mg;r為半徑(=3．81cm);ρ為材料密度(ρ=2．69g/cm3);t為拋光時間，s。2結(jié)果與討論2．1不同磨料粒徑對去除速率的影響在Al-CMP過程中存在化學(xué)作用和機(jī)械作用，化學(xué)作用是鋁表面通過化學(xué)反應(yīng)生成氧化膜，機(jī)械作用是磨料通過拋光頭在壓力作用下與拋光墊對鋁片進(jìn)行磨削，提高去除速率。硅溶膠粒徑與去除速率之間的關(guān)系如圖3所示。小粒徑單個磨料顆粒·30·Jan．2017Plat
【作者單位】： 河北工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院天津市電子材料與器件重點(diǎn)實驗室;華北理工大學(xué);
【基金】：國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃02科技重大專項資助項目(2009ZX02308)
【分類號】：TN305.2

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本文編號：2540036