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铜互连层电化学机械抛光试验台及电解液研究

王喆

   随着超大规模集成电路的发展,芯片的特征尺寸不断减小,由此导致金属连线的RC延迟效应成为影响芯片处理速度的关键问题。为了减小RC延迟效应,需要采用Cu代替Al作为互连金属材料以降低连线电阻率,采用Low-k材料代替传统的Si02作为介质材料来减小介质电容。但是Low-k材料的引入对传统的化学机械抛光提出了巨大挑战,因为机械强度较低的Low-k材料难以承受化学机械抛光过程中施加的较大抛光压力。为了解决这一问题,本文提出了含高介电常数磨粒的电解液配方方案,’建立了铜电化学机械抛光综合模拟试验台,研究了铜电化学机械抛光工艺。 首先设计了铜电化学机械抛光综合模拟试验台,该试验台可以实现抛光试验所需的工件的转动、抛光头的转动和抛光头的直线运动,并且具有电化学测试功能。为了满足低抛光压力(小于2.5psi)的要求,设计完成了由手柄、千分尺、连杆、拉杆、滚珠滑套、压缩弹簧等零件组成的抛光压力微调机构,可在1-2.5psi范围内对抛光压力进行调节。 接下来本文对铜电化学机械抛光用电解液进行了深入研究。综合运用极化曲线测量和静态刻蚀试验方法,从柠檬酸、氨基乙酸、乙酸中优选出腐蚀电位最低、静态刻蚀率最高的氨基乙酸作为电解液的络合剂;从十二烷基硫酸氨、硫代水杨酸、苯并三氮唑中优选出静态腐蚀率最低、抑制效果最好的硫代水杨酸作为电解液的抑制剂;通过电化学机械抛光试验,从金红石型二氧化钛、锐钛型二氧化钛和二氧化硅中优选了具有高介电常数的金红石型二氧化钛为电解液磨粒。在此基础上,通过单因素抛光试验,以降低表面粗糙度为主要目标,兼顾提高材料去除率,优选了电解液各组分的含量:100ml电解液中,氨基乙酸含量为0.05M,硫代水杨酸含量为0.01M,金红石型二氧化钛含量为1g。 最后,采用正交试验的方法研究了工艺参数对铜电化学机械抛光效果的影响规律,选择出一组最佳工艺参数:抛光头转速为200r/min,工件转速为200r/min,抛光压力为1.5psi,抛光时间为30min。采用优选出的电解液配方以及工艺参数对铜试件进行电化学机械抛光,得到铜试件的材料去除率为0.06mg/min,抛光后的铜试件表面粗糙度Ra达到8.9 nm。……   
[关键词]:电化学机械抛光;;试验台;电解液
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年