鎢化學(xué)機械拋光工藝優(yōu)化研究.pdf

1、鎢化學(xué)機械拋光技術(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行，有益于改進器件接觸／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)機械拋光工藝必須進行優(yōu)化，以進一步降低凹陷、過蝕等缺陷，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、拋光頭及拋光臺轉(zhuǎn)速增加時，機械作用和化學(xué)作用都逐步增強，從而拋光速率上升。研究中發(fā)現(xiàn)，在鎢化學(xué)機械拋光過程中，具有強烈的溫度效應(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)拋光時間大于30秒后，溫度將達到并保持在60-70℃，拋光速率會穩(wěn)定在2500-3000A／min。 實驗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，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，同時均勻性變差。不同的型號的修整器具有不同的金剛石形狀和切割速率，對鎢化學(xué)機械拋光特性也有顯著影響。實驗發(fā)現(xiàn)，把淀積有鎢膜的樣品浸泡在拋光液中后，會在鎢膜的表面生長一層具有自限制作用的氧化物鈍化膜，其厚度約為10-20A，不隨浸泡時間增長而變化。在綜合分析實驗

4、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，選取了優(yōu)化工藝方案，并進行了1500片硅片的重復(fù)性和可靠性驗證實驗。實驗結(jié)果表明，采用優(yōu)化的鎢化學(xué)機械拋光工藝方案，生產(chǎn)效率得到顯著提高并且降低了缺陷和生產(chǎn)成本。單位小時處理硅片能力從原來的23片增加到28片；拋光液的使用量從原來的每片2升降到了1．5升。同時消除了鎢殘留問題，使成品率提高約2％。采用此優(yōu)化鎢化學(xué)機械拋光工藝方案，對于一個月產(chǎn)4．5萬200毫米硅片的集成電路制造生產(chǎn)線來說，每年可以為企業(yè)增加約六百萬美元的經(jīng)濟