化学机械研磨工艺中的铜腐蚀研究

发布时间：2016-10-21 08:50

  本文关键词：ULSI多层互连中的化学机械抛光工艺，，由笔耕文化传播整理发布。

《复旦大学》 2009年

化学机械研磨工艺中的铜腐蚀研究

彭名君  

【摘要】： 铜作为新的互连材料被引入集成电路的制造之后,以及大马士革工艺的采用,带来了新的工艺挑战。铜在化学机械研磨面临的铜腐蚀问题使得产品良率和可靠性都受到威胁。本文通过实验,量化研究了生产过程中的防腐蚀问题,并通过实验得到了局部的腐蚀防止办法,研磨前的晶圆预处理,避免水与研磨液的溅湿,正确的研磨液和清洗剂选取,晶片保护液的正确使用,适当的干燥时间选择以及之后晶圆环境的保护,这些都在批量生产中得到了可行性验证,在一定程度上减少了生产时铜腐蚀的发生几率。 研究表明,CMP工艺中铜腐蚀发生的必要条件是有腐蚀性的溶液或者湿润的环境溶入其他离子后形成的电解质溶液。而能够防止铜在CMP制程被腐蚀的理论性研磨环境主要取决于:1)保证良好的研磨前处理,使晶圆在被研磨前避免受到腐蚀性气体或者液体的接触。2)选择好的研磨液和正确使用保护液,以保证其在研磨各步骤间以及从研磨至清洗阶段得到很好的保护。3)确保彻底的清洗和干燥能力,避免研磨液或者是清洗液,水等残留在晶圆表面。4)晶圆研磨后到下一站点间的保护措施。 本文实验结果证实铜研磨液的抗腐蚀效果较好,而阻挡层研磨液稍显不足。晶圆完成铜化学机械研磨步骤之后,会被放入晶舟而送至下一个站点,由于生产线上机器的产能安排或者产品紧急程度不同,晶圆等待下一个制程的时间长短也有很大差别。此时发生的电化学腐蚀同样给晶圆带来表面缺陷。研究表明,随着时间的增长腐蚀会越来越严重;在不活泼气体N_2的环境之下,腐蚀发生的较为缓慢。 本文在批量生产中做了防腐蚀优化方案的重复性验证设计工艺优化的条件。结果表明,采用了优化条件的批次T03、T04,其产品良率略高于未采用优化条件的批次T01、T02。原因在于采用优化条件的批次在晶圆研磨前、研磨中、清洗干燥以及之后的保护中都尽可能的减少了腐蚀发生的几率,为这一良率的提高起了显著的作用。

【关键词】：
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN405
【目录】：

摘要3-4

Abstract4-5

引言5-6

第一章 铜化学机械研磨(CMP)原理6-20

第一节 铜互连工艺的意义6-8

第二节 双大马士革工艺8-9

第三节 CMP基本原理9-12

第四节 CMP设备简介12-17

第五节 铜制程CMP17-18

第六节 本文主要内容记章节安排18-20

第二章 铜制程CMP存在的腐蚀问题与分析20-30

第一节 铜制程CMP常见问题20-21

第二节 铜制程CMP产生的腐蚀问题21-22

第三节 晶圆研磨前的腐蚀22-24

第四节 研磨中发生的腐蚀24-25

第五节 清洗与干燥带来的腐蚀25-27

第六节 研磨结束后的腐蚀27-29

第七节 防止铜腐蚀的理论性研磨29-30

第三章 铜制程CMP的防腐蚀研究及优化方案设计30-37

第一节 晶圆研磨前预处理30-31

第二节 研磨液的选取与保护液的使用31-33

第三节 清洗与干燥33-35

第四节 研磨后的晶圆保护35-37

第四章 生产中的防腐蚀优化方案验证37-52

第一节 晶圆表面腐蚀情况验证37

第二节 优化方案下机台性能验证37-43

第三节 产品良率验证43-52

第五章 结论与展望52-54

第一节 总结52-53

第二节 展望53-54

参考文献54-56

致谢56-57

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 利定东,濮胜;双嵌入式低k介电层/铜工艺技术[J];半导体技术;2003年03期

2 雷红;;CMP后清洗技术的研究进展[J];半导体技术;2008年05期

3 赵超荣;杜寰;刘梦新;韩郑生;;Cu互连及其关键工艺技术研究现状[J];半导体技术;2008年05期

4 孙薇;刘玉岭;张伟;时慧玲;侯丽辉;;ULSI多层Cu布线CMP中磨料的研究[J];半导体技术;2008年08期

5 翁寿松;铜互连及其相关工艺[J];微纳电子技术;2004年03期

6 贾英茜;刘玉岭;牛新环;刘博;孙鸣;;ULSI多层互连中的化学机械抛光工艺[J];微纳电子技术;2006年08期

7 刘博;刘玉岭;孙鸣;贾英茜;刘长宇;;ULSI多层铜布线CMP影响因素分析研究[J];微纳电子技术;2006年09期

8 刘博;刘玉岭;袁育杰;;ULSI多层铜互连线的碟形坑问题研究[J];微纳电子技术;2007年02期

9 翁寿松;CMP/Post CMP工艺及其设备[J];电子工业专用设备;2003年04期

10 赵岳星;化学机械抛光后板刷擦洗清洗(英文)[J];电子工业专用设备;2004年02期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 翁寿松;300mm晶圆芯片制造技术的发展趋势[J];半导体技术;2004年01期

2 陈苏,张楷亮,宋志棠,封松林;多层互连工艺中铜布线化学机械抛光研究进展[J];半导体技术;2005年08期

3 成立;李加元;李华乐;李岚;王振宇;;VLSI芯片制备中的多层互连新技术[J];半导体技术;2006年11期

4 李庆忠;郭东明;康仁科;;ULSI制造中铜CMP抛光液的技术分析[J];半导体技术;2007年05期

5 吕菲;赵权;刘春香;杨洪星;秦学敏;赵秀玲;;Ge单晶片的酸性腐蚀特性分析[J];半导体技术;2008年12期

6 苏艳勤;刘玉岭;刘效岩;康海燕;武彩霞;张进;;ULSI中多层Cu布线CMP表面粗糙度的分析和研究[J];半导体技术;2009年08期

7 雷红;司马能;袁国兴;屠锡富;布乃敬;藏松涛;;计算机硬盘基片的化学机械清洗技术研究[J];半导体技术;2010年08期

8 刘金玉;刘玉岭;项霞;边娜;;磨料对蓝宝石衬底去除速率的影响[J];半导体技术;2010年11期

9 李晖;刘玉岭;刘效岩;刘海晓;胡轶;;Cu CMP抛光液对速率的影响分析及优化[J];半导体技术;2010年11期

10 徐敏杰;丁伯继;崔建;王旭;蔡雪原;杨建红;;基于多价离子束流的高能量注入工艺研究[J];半导体技术;2010年11期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 马望京;赵艳艳;段培成;李智;;传统卤化银感光材料的生产工艺与集成电路制造工艺比较研究[A];中国感光学会影像材料的研究与应用学术研讨会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 余剑峰;新型化学机械抛光垫和抛光液的研究[D];华南理工大学;2010年

2 何捍卫;铜化学-机械抛光电化学机理与抛光速率的研究[D];中南大学;2002年

3 章宁琳;体Si和SOI上高k介质材料研究和应用探索[D];中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）;2003年

4 谢欣云;非单一SiO_2埋层的SOI新结构研究[D];中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）;2004年

5 王平;碳化硅场效应器件的模型及关键工艺技术研究[D];西安电子科技大学;2005年

6 王永光;基于分子量级的化学机械抛光材料去除机理的理论和试验研究[D];江南大学;2008年

7 杜鸣;超深亚微米铜互连的失效机理与可靠性研究[D];西安电子科技大学;2010年

8 王彩玲;300mm硅片化学机械抛光设备及其关键技术研究[D];大连理工大学;2010年

9 王磊;磷化铟基集成光子器件及其关键工艺技术研究[D];浙江大学;2010年

10 黄雅婷;抛光后清洗中纳米颗粒去除机理与实验研究[D];清华大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张文杰;应用于TSV互连的ALD TiN扩散阻挡层研究[D];大连理工大学;2010年

2 郑炜;极大规模集成电路铜化学机械抛光液及平坦化工艺的研究[D];大连理工大学;2010年

3 王喆;铜互连层电化学机械抛光试验台及电解液研究[D];大连理工大学;2010年

4 张仰辉;VLSI后端设计中针对CMP平坦度的DFM[D];大连理工大学;2010年

5 魏红波;化学机械抛光工艺中相关问题的数值模拟[D];湘潭大学;2010年

6 李建;一种新型音频放大器在笔记本电脑中的研究与应用[D];苏州大学;2010年

7 姚海珍;笔记本电脑中高速信号完整性分析与应用改进[D];苏州大学;2010年

8 杨阳展;铜的电化学机械平整工艺优化及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

9 余皡;铝合金汽车轮毂的机械化学抛光方法研究[D];华中科技大学;2009年

10 李爱军;高密度等离子体刻蚀轮廓的数值研究[D];西安电子科技大学;2001年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋登元,宗晓萍,孙荣霞,王永青;集成电路铜互连线及相关问题的研究[J];半导体技术;2001年02期

2 刘玉岭,桑建新,叶占江;表面活性剂对硅单晶片表面吸附颗粒的作用[J];半导体技术;2001年07期

3 孙禹辉,康仁科,郭东明,金洙吉,苏建修;化学机械抛光中的硅片夹持技术[J];半导体技术;2004年04期

4 李秀娟,金洙吉,苏建修,康仁科,郭东明;铜化学机械抛光中的平坦性问题研究[J];半导体技术;2004年07期

5 陈苏,张楷亮,宋志棠,封松林;多层互连工艺中铜布线化学机械抛光研究进展[J];半导体技术;2005年08期

6 王娟,刘玉岭,张建新;新型CMP用二氧化硅研磨料[J];半导体技术;2005年08期

7 翁寿松;90nm工艺及其相关技术[J];微纳电子技术;2003年04期

8 曹宝成,于新好,马瑾,马洪磊,刘忠立;用含表面活性剂和螯合剂的清洗液清洗硅片的研究[J];半导体学报;2001年09期

9 翁寿松;铜布线及其设备[J];电子工业专用设备;1999年03期

10 童志义;CMP设备市场及技术现状[J];电子工业专用设备;2000年04期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙再吉;;全球第一片6英寸0.15微米砷化镓pHEMT晶圆[J];半导体信息;2011年03期

2 ;SEMI:2010年硅晶圆出货面积将猛增39％[J];电源技术应用;2010年11期

3 沈熙磊;;三星投资36亿美元在美国扩建晶圆厂[J];半导体信息;2011年03期

4 ;2011年第二季度硅晶圆出货量增加[J];电子与封装;2011年08期

5 ;康耐视晶圆读码器将处理能力提高一倍[J];电子与电脑;2011年09期

6 沈熙磊;;应用材料公司依托深紫外激光技术突破暗场晶圆检测极限[J];半导体信息;2011年02期

7 ;新品[J];自动化博览;2011年09期

8 闫启亮;田知玲;郎小虎;张伟;常亮;;砂轮划片机主轴系统装配精度对划切槽质量的影响[J];电子工业专用设备;2011年06期

9 ;2011年第二季度硅晶圆出货量较第一季度增长了5%[J];电子与电脑;2011年09期

10 孙再吉;;FDSOI(全耗尽绝缘体上硅)推动SOI发展[J];半导体信息;2011年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 白宣羽;汪渊;徐可为;;集成电路的铜互连布线及其扩散阻挡层的研究进展[A];TFC’03全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2003年

2 季春花;凌惠琴;曹海勇;李明;毛大立;;TSV铜互连甲基磺酸铜电镀液中C1-的作用[A];2011年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集[C];2011年

3 樊荣;黄南哲;;腐蚀性气体对中央空调冷却水系统铜材设备的腐蚀控制[A];’2004全国水处理技术研讨会暨第24届年会论文集[C];2004年

4 王希;何川;马悦;;在超薄籽晶层上均匀沉积铜膜技术[A];2009年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集[C];2009年

5 王久梅;王子鹏;庞惠霞;吕夺英;;SiF_4、F_2、HF、O_2、N_2五组分气相色谱分析方法[A];天津市色谱研究会第一届学术报告会论文、报告（摘要）汇集[C];1980年

6 楊宏智;;矽晶圆奈微米加工技術[A];第七次海峡两岸机械工程技术交流会论文集[C];2004年

7 杨志刚;钟声;;化学镀铜在超大规模集成电路中的应用和发展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

8 檀柏梅;牛新环;周建伟;刘玉岭;李晖;;ULSI铜互连钽阻挡层的CMP浆料研究(英文)[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年

9 张庆;庄超煌;姚爱成;;普通卧车实现高精度外圆加工的工艺措施[A];第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会2007年年会论文（摘要）集[C];2007年

10 刘大新;;电子特种气体国内外技术进展、我国现状及对策[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C];1999年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 梁红兵;[N];中国电子报;2004年

2 本报记者 王小庆;[N];中国电子报;2001年

3 ;[N];中国计算机报;2005年

4 任爱青 李少林;[N];中国电子报;2004年

5 ;[N];中国高新技术产业导报;2003年

6 燕蕙;[N];电子资讯时报;2004年

7 兴棨;[N];电子资讯时报;2004年

8 小禾;[N];电脑报;2003年

9 记者 穆强;[N];中国电子报;2001年

10 穆强;[N];中国电子报;2002年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕冰海;陶瓷球双转盘研磨方式及成球机理的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

2 赵宇航;铜互联工艺中的DFM方法研究[D];复旦大学;2009年

3 程志华;多丝切割机理及其控制方法的研究[D];上海大学;2008年

4 赵宏旭;波动方程的高斯过程模型分析及在晶圆切割中的应用研究[D];清华大学;2010年

5 姜放;湿气气藏天然气井油管外壁腐蚀研究[D];四川大学;2006年

6 戴江南;ZnO薄膜的常压MOCVD生长及掺杂研究[D];南昌大学;2007年

7 林雪燕;连接器触点表面的大气腐蚀[D];北京邮电大学;2009年

8 吴聘奇;台湾IC产业的发展模式与空间扩散研究[D];华东师范大学;2008年

9 谢琦;集成电路铜互连工艺中先进扩散阻挡层的研究[D];复旦大学;2008年

10 刘丹;人参愈伤组织源性细胞系表达乙肝病毒表面抗原的研究[D];吉林大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 杨杰;集成电路用硅片加工化学品研究[D];长春工业大学;2010年

2 郭静涛;0.13微米铜互连工艺派工系统控制等待时间和降低缺陷的研究[D];复旦大学;2009年

3 韩云鹏;集成电路衬底制造过程中应力问题的研究[D];河北工业大学;2003年

4 李飞;晶圆测试中的误宰（Overkill）的判断和处理[D];复旦大学;2011年

5 卢振钧;ULSI中铜互连线可靠性的研究[D];北京工业大学;2002年

6 周春毅;晶圆针测的早期异常发现分析与研究[D];复旦大学;2011年

7 罗东;ULSI铜互连线微观结构和应力研究[D];北京工业大学;2002年

8 钟鑫生;解决90nm及以下蚀刻中铜扩散的先进工艺[D];复旦大学;2011年

9 唐敢然;MEMS晶圆级真空封装结构设计与工艺集成[D];华中科技大学;2011年

10 李骥;RuTi基单层薄膜作为铜互连扩散阻挡层研究[D];复旦大学;2010年

  本文关键词：ULSI多层互连中的化学机械抛光工艺，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：147675