超高去除速率銅CMP研磨劑的開發(fā)

實(shí)驗(yàn)

全部實(shí)驗(yàn)均在Mirra Polisher上進(jìn)行。研究中采用了200mm Cu無(wú)圖形晶圓、Cu slug和MIT 854有圖形晶圓。通過(guò)測(cè)量重量損失和Cu厚度決定去除速率，在Resmap上用4探針測(cè)方塊電阻。用電化學(xué)技術(shù)測(cè)定腐蝕響應(yīng)，在AIT-UIV上測(cè)定缺陷率。表面形貌用Veeco AFM輪廓儀測(cè)量。CMP進(jìn)行過(guò)程中，為了得到可靠而穩(wěn)定的工藝，必須考慮多個(gè)工藝變量。優(yōu)化以后，機(jī)器參數(shù)（如下壓力、工件臺(tái)速度、磨頭速度和環(huán)境條件等）在整個(gè)收集數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持不變。研究中選擇的研磨劑是Planar Solutions 的ER9212。ER9212是基于Planar的CSL-904X Cu研磨劑平臺(tái)開發(fā)的。它有較高的體Cu去除率，同時(shí)均勻性和缺陷率好。它是為需要高去除速率的Cu CMP應(yīng)用（如Cu 3D TSV、Cu MEMS和頂層Cu平坦化等）設(shè)計(jì)的。表1為該研磨劑的有關(guān)特性。

結(jié)果和討論

最初觀察酸性平臺(tái)研磨劑。由于在酸性條件下Cu氧化速率和溶解速率快，這些研磨劑能以很高去除速率拋光。在測(cè)試中，大多數(shù)酸性研磨劑有較高的去除速率（圖2），但大部分拋光硅片有表面腐蝕問(wèn)題。還在CMP過(guò)程中觀察到拋光墊的污染問(wèn)題，這會(huì)影響工藝的穩(wěn)定性，減少拋光墊壽命并增加缺陷率。

Planar Solutions LLC已成功地將一系列基于中性pH值的CSL904X平臺(tái)研磨劑商用化。這些研磨劑典型的體Cu去除速率從8000到11000?/min。對(duì)3D應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這樣的速率是不夠的。這些研磨劑含有Cu去除速率增強(qiáng)劑和腐蝕抑制劑。若簡(jiǎn)單地增加去除速率增強(qiáng)劑含量，去除速率會(huì)上升，但形貌和表面粗糙度也會(huì)上升（圖3）。第一次嘗試是用較高的去除增強(qiáng)劑?？梢赃_(dá)到3～5μm/min的去除速率，同時(shí)溝槽內(nèi)的全部Cu均在有圖形晶圓拋光過(guò)程中溶解了。Cu CMP后的表面粗糙度約為25-30?，這是不能接受的。這說(shuō)明在CMP過(guò)程中產(chǎn)生了強(qiáng)腐蝕。優(yōu)化研磨劑的化學(xué)組成后，得到了性能優(yōu)異的新品種研磨劑，名為ER9212。實(shí)際結(jié)果表明，這一組分適用于3D TSV Cu CMP工藝。