化學(xué)添加劑提高鈷化學(xué)機(jī)械拋光性能的研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2020-12-26 11:59
鈷(Co)具有電阻率低、電子遷移率高、對銅(Cu)等金屬的黏附性好以及沉積性能好等優(yōu)勢,在集成電路制程中作為Cu互連阻擋層或新型互連材料具有巨大的應(yīng)用潛力,而金屬互連化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是決定Co在集成電路應(yīng)用中可靠性的關(guān)鍵工藝。概述了拋光液中的不同化學(xué)添加劑提高Co拋光性能的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹了氧化劑、絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑等化學(xué)添加劑對Co阻擋層和Co互連CMP的材料去除速率(MRR)、靜態(tài)腐蝕速率(SER)、去除速率選擇比以及電偶腐蝕的影響。討論了化學(xué)添加劑對提高Co拋光性能的作用機(jī)理,并分析了加入不同化學(xué)添加劑的拋光液的優(yōu)勢與不足。此外,展望了Co阻擋層和互連材料CMP工藝中仍需進(jìn)一步研究的問題。
【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020年01期 北大核心
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
TAZ對Cu和Co腐蝕抑制原理示意圖[10]
2017年,K. V. Sagi等人[11]報(bào)道了腐蝕抑制劑煙酸(NA)對Co阻擋層CMP的影響,在pH值為10、硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、草酸濃度為40 mmol/L拋光液中添加濃度為80 mmol/L的煙酸,Co膜拋光性能最好,其去除速率約為17 nm/min,且靜態(tài)腐蝕速率小于1 nm/min,Cu/Co去除速率選擇比接近1∶1。煙酸的作用機(jī)理為在Co表面生成疏松的Co(Ⅱ)-NA多孔膜,在提高去除速率的同時(shí),有效抑制了腐蝕速率。圖2為Co膜動電位行為曲線[11],圖2中A、B兩條曲線分別代表了H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、草酸濃度為40 mmol/L的溶液以及在此溶液中再加入煙酸濃度為80 mmol/L后Co膜的動電位行為曲線。圖中:I為腐蝕電流密度;ECORR為Co膜腐蝕電位,可見在加入煙酸后Co膜腐蝕電位從0 mV上升到70 mV,且腐蝕電流由1 200 μA/cm2下降至約300 μA/cm2。腐蝕抑制劑煙酸與Co的化學(xué)反應(yīng)式為Co(OH)2+Nic2-(aq)→Co(OH)2(Nic2-)ads (1)
2019年,P.He等人[12]報(bào)道了在H2O2酸性拋光液中添加不同濃度的TAZ對Co阻擋層拋光性能的影響。通過動電位極化法測試不同濃度TAZ下的Co陰極極化電流(圖3[12])可知,隨著TAZ濃度的增大,Co的腐蝕電位升高且腐蝕電流密度下降。圖3中EOC為開路電壓。此外,由朗繆爾吸附等溫線得出標(biāo)準(zhǔn)吸附自由能為-22.7 kJ/mol,證明了TAZ對Co同時(shí)存在物理吸附與化學(xué)吸附。在pH值為3、硅溶膠體積分?jǐn)?shù)為5%、H2O2體積分?jǐn)?shù)為1%、甘氨酸濃度為10 mmol/L的拋光液中加入濃度為5 mmol/L的TAZ,Co和Cu的靜態(tài)腐蝕速率分別為11.3 nm/min和4.6 nm/min,去除速率分別為136 nm/min和144 nm/min,去除速率選擇比為0.94∶1。目前,在Co阻擋層CMP中,通常使用絡(luò)合劑來提高Co的去除速率,目前主流絡(luò)合劑為甘氨酸、螯合劑FA/O Ⅱ以及草酸和檸檬酸等能夠同時(shí)與Cu/Co發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的物質(zhì)。腐蝕抑制劑被用來降低靜態(tài)腐蝕速率,TAZ在Co阻擋層CMP研究中較為常見,原因是TAZ在Cu/Co表面均可形成鈍化層;而煙酸對于提高去除速率和降低靜態(tài)腐蝕速率也表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。氧化劑如H2O2等可用來與絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑相匹配從而控制Cu/Co去除速率選擇比。此外,由上述研究成果可見,堿性環(huán)境中Co阻擋層靜態(tài)腐蝕速率相對較低,有利于減少蝕坑缺陷,因此堿性拋光液的優(yōu)勢更大。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]阻擋層拋光液中助溶劑和H2O2對銅殘留缺陷的影響[J]. 胡軼,張凱,何彥剛,劉玉嶺. 半導(dǎo)體技術(shù). 2018(11)
[2]高去除速率低碟形凹陷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液[J]. 荊建芬,張建,楊俊雅. 集成電路應(yīng)用. 2018(07)
[3]阻擋層CMP中銅鈷電偶腐蝕的影響因素[J]. 付蕾,劉玉嶺,王辰偉,張文倩,馬欣,韓麗楠. 微納電子技術(shù). 2017(07)
[4]Cu互連Mo基新型擴(kuò)散阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光[J]. 王永偉,王敬軒,屈新萍. 半導(dǎo)體技術(shù). 2012(11)
本文編號：2939658
【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020年01期 北大核心
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
TAZ對Cu和Co腐蝕抑制原理示意圖[10]
2017年,K. V. Sagi等人[11]報(bào)道了腐蝕抑制劑煙酸(NA)對Co阻擋層CMP的影響,在pH值為10、硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、草酸濃度為40 mmol/L拋光液中添加濃度為80 mmol/L的煙酸,Co膜拋光性能最好,其去除速率約為17 nm/min,且靜態(tài)腐蝕速率小于1 nm/min,Cu/Co去除速率選擇比接近1∶1。煙酸的作用機(jī)理為在Co表面生成疏松的Co(Ⅱ)-NA多孔膜,在提高去除速率的同時(shí),有效抑制了腐蝕速率。圖2為Co膜動電位行為曲線[11],圖2中A、B兩條曲線分別代表了H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、草酸濃度為40 mmol/L的溶液以及在此溶液中再加入煙酸濃度為80 mmol/L后Co膜的動電位行為曲線。圖中:I為腐蝕電流密度;ECORR為Co膜腐蝕電位,可見在加入煙酸后Co膜腐蝕電位從0 mV上升到70 mV,且腐蝕電流由1 200 μA/cm2下降至約300 μA/cm2。腐蝕抑制劑煙酸與Co的化學(xué)反應(yīng)式為Co(OH)2+Nic2-(aq)→Co(OH)2(Nic2-)ads (1)
2019年,P.He等人[12]報(bào)道了在H2O2酸性拋光液中添加不同濃度的TAZ對Co阻擋層拋光性能的影響。通過動電位極化法測試不同濃度TAZ下的Co陰極極化電流(圖3[12])可知,隨著TAZ濃度的增大,Co的腐蝕電位升高且腐蝕電流密度下降。圖3中EOC為開路電壓。此外,由朗繆爾吸附等溫線得出標(biāo)準(zhǔn)吸附自由能為-22.7 kJ/mol,證明了TAZ對Co同時(shí)存在物理吸附與化學(xué)吸附。在pH值為3、硅溶膠體積分?jǐn)?shù)為5%、H2O2體積分?jǐn)?shù)為1%、甘氨酸濃度為10 mmol/L的拋光液中加入濃度為5 mmol/L的TAZ,Co和Cu的靜態(tài)腐蝕速率分別為11.3 nm/min和4.6 nm/min,去除速率分別為136 nm/min和144 nm/min,去除速率選擇比為0.94∶1。目前,在Co阻擋層CMP中,通常使用絡(luò)合劑來提高Co的去除速率,目前主流絡(luò)合劑為甘氨酸、螯合劑FA/O Ⅱ以及草酸和檸檬酸等能夠同時(shí)與Cu/Co發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的物質(zhì)。腐蝕抑制劑被用來降低靜態(tài)腐蝕速率,TAZ在Co阻擋層CMP研究中較為常見,原因是TAZ在Cu/Co表面均可形成鈍化層;而煙酸對于提高去除速率和降低靜態(tài)腐蝕速率也表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。氧化劑如H2O2等可用來與絡(luò)合劑、腐蝕抑制劑相匹配從而控制Cu/Co去除速率選擇比。此外,由上述研究成果可見,堿性環(huán)境中Co阻擋層靜態(tài)腐蝕速率相對較低,有利于減少蝕坑缺陷,因此堿性拋光液的優(yōu)勢更大。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]阻擋層拋光液中助溶劑和H2O2對銅殘留缺陷的影響[J]. 胡軼,張凱,何彥剛,劉玉嶺. 半導(dǎo)體技術(shù). 2018(11)
[2]高去除速率低碟形凹陷的銅化學(xué)機(jī)械拋光液[J]. 荊建芬,張建,楊俊雅. 集成電路應(yīng)用. 2018(07)
[3]阻擋層CMP中銅鈷電偶腐蝕的影響因素[J]. 付蕾,劉玉嶺,王辰偉,張文倩,馬欣,韓麗楠. 微納電子技術(shù). 2017(07)
[4]Cu互連Mo基新型擴(kuò)散阻擋層的化學(xué)機(jī)械拋光[J]. 王永偉,王敬軒,屈新萍. 半導(dǎo)體技術(shù). 2012(11)
本文編號：2939658
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