BTA与表面活性剂O-20复配对铜CMP缓蚀行为的研究

孟凡浩，孙鸣，周婉睛，赵立仕

(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)

IC发展已进入后摩尔时代，先进节点的5G等应用芯片仍然采用后段铜互连先进制程。作为铜布线互连的唯一技术，化学机械抛光(CMP)是实现芯片功能化、高良率与可靠性的关键[1-2]。苯并三氮唑(BTA)是目前使用最广泛的铜CMP缓蚀剂，对提高铜CMP后的表面质量起着关键作用[3-4]。而抛光产物Cu-BTA在CMP后清洗时难以去除[5]。使用表面活性剂既能降低抛光液的表面张力，又易于吸附后的清洗[6]。Jiang等[7]研究了BTA与非离子表面活性剂Pluronic®P103组合可降低铜腐蚀电流密度和去除速率，在铜、钌和low-k介质中有理想的去除速率选择性。王彦等[8]研究了阴离子表面活性剂ADS可提高铜CMP后的平坦化效果。本文研究低浓度缓蚀剂BTA与非离子表面活性剂O-20复配对Cu CMP缓蚀作用的影响。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

铜靶材片(直径76.2 mm，厚2 mm)；铜圆柱形电极(直径5 mm，高7 mm)，纯度99.99%；铜镀膜片(10 mm×10 mm，厚1 000 nm)；硅溶胶(平均粒径60 nm，质量分数40%)、双氧水(H2O2，质量分数30%)、甘氨酸(Gly)、苯并三氮唑(BTA)、平平加(O-20)、四乙基氢氧化铵(TEAH)均为分析纯。

CHI660E电化学工作站；Pine旋转圆盘电极；Alpsitec E460E抛光机；Mettle Toledo AB204-N分析天平；JD2000D接触角测量仪；ZEISS Sigma 500扫描电子显微镜；Agilent 5600LS原子力显微镜。

1.2 电化学实验

本实验的测试溶液利用3 mL/L H2O2，10 mmol/L Gly及不同浓度BTA和O-20配制，由TEAH调节体系pH为10。采用CHI660E电化学工作站测试铜表面在溶液中动态和静态条件下电化学特性[9]。其中，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，对电极为铂电极，工作电极为铜圆柱形电极(接触面积为19.6 mm2)。动态条件下设置压力为 103.4 kPa(1.5 psi)，转速为300 r/min。……