鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝優(yōu)化研究.pdf

1、鎢化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)是深亞微米CMOS集成電路研制中關(guān)鍵新工藝之一。鎢由于其優(yōu)良的抗電遷徙性能和宜加工特性而被廣泛應(yīng)用于多層金屬互連技術(shù)中。用鎢化學(xué)機(jī)械拋光代替反應(yīng)離子刻蝕回刻法，可使鎢插塞表面和旁邊的層間絕緣介質(zhì)層完全平坦化，避免鎢插塞凹陷現(xiàn)象，使后續(xù)多層金屬互連容易進(jìn)行，有益于改進(jìn)器件接觸／互連性能和提高集成電路密度。為了滿足日益發(fā)展的集成電路制造技術(shù)需求，鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝必須進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步降低凹陷、過(guò)蝕等缺陷，提高生產(chǎn)效率，降

2、低成本。 本論文研究了拋光特性和工藝條件的依存性。當(dāng)壓力、拋光頭及拋光臺(tái)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，機(jī)械作用和化學(xué)作用都逐步增強(qiáng)，從而拋光速率上升。研究中發(fā)現(xiàn)，在鎢化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中，具有強(qiáng)烈的溫度效應(yīng)。在拋光初期，溫度在25-30℃左右，化學(xué)作用緩慢，拋光速率平均約500A／min。拋光墊由于摩擦生熱逐步升溫，當(dāng)拋光時(shí)間大于30秒后，溫度將達(dá)到并保持在60-70℃，拋光速率會(huì)穩(wěn)定在2500-3000A／min。 實(shí)驗(yàn)研究了拋光特性和相

3、關(guān)耗材的依存性。當(dāng)拋光液的流量小于一定值時(shí)，拋光速率隨流量的變大呈線性增加。當(dāng)拋光液的流量大于lOOml／min后，拋光速率和均勻性趨于飽和。隨著拋光液稀釋比例變大，拋光速率下降，同時(shí)均勻性變差。不同的型號(hào)的修整器具有不同的金剛石形狀和切割速率，對(duì)鎢化學(xué)機(jī)械拋光特性也有顯著影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，把淀積有鎢膜的樣品浸泡在拋光液中后，會(huì)在鎢膜的表面生長(zhǎng)一層具有自限制作用的氧化物鈍化膜，其厚度約為10-20A，不隨浸泡時(shí)間增長(zhǎng)而變化。在綜合分析實(shí)驗(yàn)

4、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，選取了優(yōu)化工藝方案，并進(jìn)行了1500片硅片的重復(fù)性和可靠性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用優(yōu)化的鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝方案，生產(chǎn)效率得到顯著提高并且降低了缺陷和生產(chǎn)成本。單位小時(shí)處理硅片能力從原來(lái)的23片增加到28片；拋光液的使用量從原來(lái)的每片2升降到了1．5升。同時(shí)消除了鎢殘留問(wèn)題，使成品率提高約2％。采用此優(yōu)化鎢化學(xué)機(jī)械拋光工藝方案，對(duì)于一個(gè)月產(chǎn)4．5萬(wàn)200毫米硅片的集成電路制造生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，每年可以為企業(yè)增加約六百萬(wàn)美元的經(jīng)濟(jì)