在集成電路制造中,雙大馬士革技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于銅互連工藝中,其中采用了化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)去除在布線時(shí)電鍍階段形成的多余銅,為下面的多層金屬化結(jié)構(gòu)提供一個(gè)平坦的表面。CMP將化學(xué)作用和機(jī)械作用相結(jié)合,是獲得晶圓局部和全局平坦化的唯一可靠技術(shù)。拋光液作為CMP工藝中最重要的耗材之一,其性能的好壞直接決定晶圓的拋光效果和良品率。本文回顧了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的各種新型銅拋光液,歸納總結(jié)表明銅拋光液正在朝著弱堿性、綠色環(huán)保、一劑多用和復(fù)配協(xié)同作用的方向發(fā)展。此外,展望了銅拋光液未來(lái)的重點(diǎn)研究方向。 

【文章來(lái)源】：電子元件與材料. 2020,39(09)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

CMP示意圖

22 nm 以上多層銅互連的CMP過(guò)程示意圖

由于氨基酸無(wú)污染和高性能的特性,以甘氨酸為代表的各種氨基酸類的絡(luò)合劑被廣泛采用,它們往往根據(jù)拋光液pH的不同以不同的形態(tài)存在,這使得它們適用的pH范圍比較廣[21-22]。由于氨基酸分子中含有氨基和羧基兩種官能團(tuán),因此可以與銅發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),提高銅的去除速率。Patri等[23]的研究表明,在堿性環(huán)境中,氨基酸的絡(luò)合能力與其分子結(jié)構(gòu)、碳鏈的長(zhǎng)度和官能團(tuán)的相對(duì)位置有關(guān),碳鏈長(zhǎng)度和氨基與羧基間距離的增加都會(huì)導(dǎo)致絡(luò)合能力的下降。2019年,Zhang等[24]開(kāi)發(fā)了一種新型的殼寡糖(COS)基銅拋光液,僅包含硅溶膠、COS和過(guò)氧化氫三種成分,表面粗糙度達(dá)到了0.44 nm。COS是一種可降解、溶解度高、綠色環(huán)保的堿性低聚糖,同時(shí)分子結(jié)構(gòu)中富含氨基,能很好地絡(luò)合Cu2+并且產(chǎn)物可溶。其CMP機(jī)理如圖3所示,包含氧化、溶解、絡(luò)合和去除四個(gè)部分。CMP中常用的氧化劑有很多,包括過(guò)硫酸銨、硝酸、次氯酸鈉、高錳酸鉀等,但大多數(shù)具有腐蝕性強(qiáng)、易造成金屬離子污染、后清洗困難等劣勢(shì),過(guò)氧化氫在很寬的pH值范圍內(nèi)具有很強(qiáng)的氧化能力,在溶液中分解產(chǎn)物只有水和氧氣,在銅CMP工藝中,過(guò)氧化氫不需要后清洗,不會(huì)對(duì)晶片表面造成離子污染[25]。因此,過(guò)氧化氫是環(huán)境友好的,在銅拋光液中被廣泛使用。2012年,Pan等[26]優(yōu)化了拋光液中表面活性劑的選擇,羥乙基纖維素(HEC)是一種無(wú)毒的天然高分子纖維素,能在銅拋光液中用作非離子表面活性劑,它的引入能明顯提高一致性,降低腐蝕坑的數(shù)量,分子式中羥基的存在也能使其絡(luò)合銅離子,提高去除速率。為了抑制凹處銅的腐蝕,對(duì)銅進(jìn)行保護(hù),達(dá)到平坦化的目的,銅拋光液中常常需要加入抑制劑。BTA是多層銅互連CMP中最常用的抑制劑,它能強(qiáng)烈抑制銅表面的腐蝕,但是其可燃有毒,與銅反應(yīng)生成Cu-BTA鈍化膜非常致密,需要較大的機(jī)械作用力才能去除,CMP后難清洗,晶圓表面的殘留物嚴(yán)重影響表面質(zhì)量,因此,科研人員一直致力于尋找BTA的替代品。2019年,Yang等[27]提出了一種生物相容性很好的銅抑制劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP),通過(guò)一系列電化學(xué)分析得出結(jié)論:PVP以物理吸附的形式吸附在銅的表面,能夠提供與BTA相當(dāng)?shù)囊种菩Ч?具有很好的應(yīng)用前景。Prasad等[28]對(duì)比了一系列抑制劑,在堿性拋光液中,尿酸能夠在銅表面形成鈍化層,能夠明顯降低銅的去除速率和靜態(tài)腐蝕速率,在銅CMP領(lǐng)域中,尿酸的低成本和生物相容性使其成為一種前景較好的環(huán)境友好型抑制劑。2.3 一劑多用

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3456506