ATMP 在钴互连集成电路钴膜CMP 中的作用机理研究

王 昊 ,黄浩真 ,曹静伟 ,夏荣阳,潘国峰

(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)

随着集成电路的发展,特征尺寸逐渐减小,铜作为布线材料在低线宽的情况下会面临着电导率过低、RC 延迟过高等诸多问题[1-3]。为了解决上述难题,在集成电路中7 nm 及以下节点采用钴作为布线材料[4-6]。在制造钴互连结构的过程中,利用化学机械平坦化(CMP)技术对晶圆表面进行超精密加工,以实现全局平坦化。

目前,钴互连平坦化中仍然面临着去除速率难以控制、选择性低的问题(在碱性双氧水基抛光液中,氮化钛的去除速率维持在20～50 nm/min,而钴的去除速率可达到300 nm/min,其去除速率选择性往往小于10)。而在钴布线钴膜CMP 中,要求抛光液具有停止在衬层上的能力。对于超薄的氮化钛衬层,轻微的腐蚀以及较高的去除速率都可以破坏其结构,为了能够保证钴膜平坦化后能够停止在氮化钛衬层上,急需研发Co/TiN 去除速率选择性高、TiN 静态腐蚀速率低的抛光液以有效地防止衬层结构被破坏。并且,钴的速率控制规律、抛光液与晶圆表面络合机理不明晰等问题已成为研究热点。

Liang 等[7]对钴互连阻挡层平坦化进行了研究,选用酒石酸钾(PTH)作为抛光的络合剂,可以使Co与Ti 之间去除速率相近。Babu 等[8]对柠檬酸作为络合剂、双氧水作为氧化剂的抛光液进行了研究讨论,发现柠檬酸可以提升Co 的去除速率,但是由于柠檬酸络合作用较弱,在粗抛过程中会造成大量的柠檬酸消耗,大幅增加成本。……