新型铜互连阻挡层材料Ru的CMP研究

发布时间：2019-07-30 08:04

【摘要】：在32 nm技术节点中,采用Ta/TaN作为Cu互连线的粘附扩散阻挡层。但是随着IC技术的不断发展,集成电路向着高集成度和高性能化方向发展。当技术节点达到16 nm以下时,新材料Ru由于具有更低的电阻率,可以实现无籽晶层Cu直接电镀,因此将成为替代Ta/TaN作为Cu互连粘附阻挡层的热门材料。但是关于Ru的化学机械抛光还很少有报道。因此研究Ru的化学机械抛光性能和工艺有着重要的意义。论文首先研究了Ru的化学机械抛光工艺参数,结果表明,使用优化的工艺参数:压力2 psi,流量150 ml/min,抛光头转速60 rpm,抛光盘转速65 rpm,得到Ru的去除率(MRR)为25.6 nm/min,表面粗糙度(RMS)达到1.96?(测试范围:10μm×10μm)。同时,为了得到较高的Ru抛光去除速率,本文研究了FA/OⅠ螯合剂和H2O2氧化剂对Ru的抛光去除速率和静态腐蚀速率的影响。实验结果表明,随着H2O2浓度的增加,在抛光过程中,Ru表面形成了致密氧化层,导致Ru的抛光去除速率和静态腐蚀速率先增加后减少。通过电化学方法对Ru表面的腐蚀情况进行了分析研究。结果表明,FA/OⅠ螯合剂能通过与Ru的氧化物((RuO4)2-和RuO4-)形成可溶性胺盐([R(NH3)4](RuO4)2)提高Ru的去除速率。另外,通过调节FA/OⅠ螯合剂和H2O2氧化剂的浓度,可以使Ru与Cu的抛光速率达到1:1,有助于在抛光过程中降低阻挡层的腐蚀,满足工业生产要求。最后,在抛光液中加入了少量的Ⅰ型非离子表面活性剂,有效的降低了金属Ru CMP后表面粗糙度。
【图文】：

新型铜互连阻挡层材料Ru的CMP研究

河北工业大学硕士学位论文第一章绪论迁移特性强，电阻率低（1.68 μ .cm），能有效的降低互（RC），因此，在极大规模集成电路（GLSI）中 Cu 布线广泛采用大马士革（双相嵌）结构实现 Cu 布线互连，同扩散阻挡层[2]，其典型结构如图 1.1 所示。

新型铜互连阻挡层材料Ru的CMP研究

图 1.2 双大马士革工艺流程Fig 1.2 Dual damascene process flow，随着集成电路技术的不断发展，特征尺寸越来越小，布线层数也不前所应用的 Cu 互连技术也受到了很大的挑战。因此，，对于集成电路面临着两个挑战：一是降低互连引线的延迟时间，提高芯片的响应电迁移、介电应力、温度循环应力和应力迁移等问题，提高芯片的延时主要与互连材料电阻 R 和互连系统分布电容 C 有关[3]，因此，电阻是降低 RC 延迟的有效方法之一。要降低 Cu 互连线电阻，可率的金属材料代替 Ta/TaN 扩散阻挡层，通过减小 Cu 扩散阻挡层/的总厚度来增加 Cu 在双镶嵌工艺沟槽中的填充体积，使在相同的具有更低的电阻率。线宽的减小、沟槽深宽比的增加，传统的物理汽相淀积（PVD）淀法逐渐不能满足工艺台阶覆盖的要求，导致下一步双镶嵌工艺中电充沟槽而在 Cu 线中产生空洞[4,6]，是引起互连可靠性问题主要原因率、与 Cu 粘附性能好的材料代替 Ta/TaN 扩散阻挡层，可以实现 C去了 PVD 淀积 Cu 籽晶层的步骤，提高了互连线的可靠性[2]。Ru
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN405.97

【参考文献】