碱性阻挡层抛光液中ULK介质抛光性能的研究

阳小帆 ，张保国 ,*，杨朝霞 ，李烨 ，李浩然

（1.河北工业大学电子信息工程学院，天津 300130；2.天津市电子材料与器件重点实验室，天津 300130）

随着集成电路技术的不断发展，特征尺寸不断减小，互连线中的电阻(R)和电容(C)所产生的寄生效应越来越显著，从而使RC延迟增大，降低了系统可靠性。为了降低互连系统内部的RC延迟，低电阻率的金属铜(1.75 μΩ·cm)被用来代替铝布线，同时低k材料(介电常数k＜ 3.0)成为金属导线间的介电绝缘层来取代传统二氧化硅[1-2]。使用铜和低k介质相结合的互连结构是当今集成电路互连技术的主流。

在14 nm技术节点，多孔SiOCH(即ULK介质)被用作金属绝缘介质[3]，其k值通常小于2.7。在集成电路多层铜布线制备过程的阻挡层抛光中，多余的铜和阻挡层被去除掉，化学机械抛光(CMP)最终会停在ULK介质层上，因此在相同工艺参数下所允许被去除的ULK介质非常少。这就要求CMP过程中需要尽可能地降低ULK介质的去除速率[4]。ULK介质的多孔结构有助于减小k值，却降低了其机械强度[5]，因此在CMP中，化学物质和水分容易进入孔隙中且材料容易受压破裂，导致k值增大，漏电流增大[6]，从而影响器件良率。

王立冉等人[7]研究表明，在碱性抛光液中，随pH增大，低k材料的去除速率和k值均增大。B. G.Zhang等人[8]发明了一种相对绿色环保的碱性阻挡层抛光液，其不含难清洗的有毒苯并三氮唑(BTA)缓蚀剂，不仅对TaN阻挡层有良好的抛光效果，而且对低k材料k值的影响与商用抛光液相当。美国专利US6974777B2[9]指出，两亲性非离子表面活性剂可以显著减小低k介质的去除速率，但基本不会对其他金属或氧化层产生影响，从而实现低k介质去除速率在一定范围内可调。……