张文倩，刘玉岭*，王辰伟，高娇娇，栾晓东

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



【工艺开发】

铜/钽/绝缘介质用碱性化学机械抛光液的优化

张文倩，刘玉岭*，王辰伟，高娇娇，栾晓东

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

在工作压力2 psi，抛光头转速55 r/min，抛光盘转速60 r/min，流量150 mL/L，温度22.7 °C的条件下，采用一种不含H2O2的碱性抛光液对Cu、Ta、SiO2绝缘介质3种材料进行化学机械抛光（CMP）。通过研究抛光液中SiO2磨料粒径和用量、FA/O II型螯合剂和非离子型表面活性剂用量对3种材料去除速率的影响，得到了高选择性的阻挡层抛光液：SiO2粒径为50 nm的浆料20%（质量分数），FA/O II型螯合剂0.15%（体积分数），表面活性剂3%（体积分数）。该抛光液的SiO2/Ta/Cu去除速率之比为3.4∶1.6∶1.0。采用该抛光液抛光后，铜的表面粗糙度由5.18 nm降至1.45 nm，碟形坑和蚀坑分别由116 nm和46 nm降至42 nm和24 nm。

铜；钽；二氧化硅绝缘介质；化学机械抛光；选择性；去除速率

First-author's address： Tianjin Key Laboratory of Electronic Materials and Devices， School of Electronics and Information Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300130， China

铜作为互连材料被广泛应用于多层布线的集成电路制造中。铜在低温下会迅速向绝缘介质中扩散，因此需要在铜与绝缘介质之间增加扩散阻挡层（如Ta/TaN）以防铜污染绝缘介质［1-2］。图1为铜布线晶圆的结构示意图，其中BD II为black diamond，是一种低介电常数材料（简称low-k材料）。

图1 铜布线晶圆的结构示意图Figure 1 Schematic diagram showing the structure of copper pattern wafer

为保证器件性能，化学机械抛光（chemical mechanical polishing，CMP）是每一层布线达到全局平坦化的最佳技术，尤其阻挡层的CMP更是多层布线的重要制约因素［3-4］。阻挡层的抛光涉及到铜、阻挡层钽以及绝缘介质（以正硅酸乙酯TEOS为原料，采用化学气相沉积法生产的low-k绝缘介质膜，是掺杂C、H或F的SiO2），如何控制3种材料的去除速率之比，使各项参数满足器件的性能要求，是阻挡层CMP的重要问题之一。……