銅與釕電化學機械拋光及其特性的研究.pdf

1、大規(guī)模集成電路制造中采用大馬士革工藝實現多層銅互連結構，其中銅的電化學機械拋光與銅/釕阻擋層的電化學機械拋光是關鍵的兩個獨立的步驟。隨著銅布線特征尺寸日益減小和器件結構層向微細復雜化發(fā)展，銅/低k介質材料互連技術為集成電路芯片制造提出了方向與挑戰(zhàn)。本文開展銅與釕電化學機械拋光及其特性的研究。
　　采用電化學技術，納米劃痕試驗，原子力顯微鏡測量以及X射線光電子譜分析對銅的電化學機械拋光電解液進行了優(yōu)選，并對銅鈍化層進行了表征，研究的

2、電解液包含不同pH值下的羥基乙叉二膦酸，甲基苯駢三氮唑，檸檬酸三銨。還研究了抑制劑甲基苯駢三氮唑與氯離子的協同抑制作用。結果表明銅電化學機械拋光后在堿性電解液中得到的平整化效率與表面質量要優(yōu)于在酸性電解液中得到的結果。電化學機械拋光過程中外加電勢為影響樣品表面形成氧化層厚度的主導因素。X射線光電子譜分析表明在堿性電解液中生成的鈍化層含有二價的銅離子，未檢測到有一價的銅離子。
　　采用納米劃痕實驗、原子力顯微鏡研究了銅電化學機械拋光

3、過程中電化學作用對機械磨損的影響。并基于采用 Berkovich壓頭的納米劃痕實驗，提出了計算鈍化膜厚度的數學模型。針對電化學機械拋光過程中拋光墊粗糙峰使銅表面產生劃痕的問題，采用納米劃痕實驗與有限元結合的方法建立了銅電化學機械拋光過程中劃痕產生時拋光墊所受平均壓力、拋光墊硬度與摩擦系數的臨界關系方程。
　　采用電化學方法優(yōu)化同時適合銅/釕電化學機械拋光的電解液。研究的電解液包含甲基苯駢三氮唑，苯駢三氮唑，羥基乙叉二膦酸，以及抗壞

4、血酸，苯駢三氮唑與抗壞血酸分別作為銅與釕的陽極與陰極抑制劑。采用線性掃描伏安法、開路電勢、阻抗譜電化學方法及掃描電子顯微鏡、X射線光電子譜等表面檢測方法對釕的電化學機械拋光特性及銅/釕間的電偶腐蝕進行了系統地研究。結果表明抑制劑苯駢三氮唑與抗壞血酸的結合能有效地減輕銅/釕間的電偶腐蝕。在釕的電化學機械拋光過程中，外加電勢是影響釕表面氧化層及其特性的主要因素：隨著外加電勢的增大，表面氧化層厚度增加；載荷一定時，隨著線速度的增大，釕表面氧化