超大规模集成电路中钨插塞的化学机械抛光机理

超大规模集成电路中钨插塞的化学机械抛光机理

摘要

CMP 在半导体集成电路中是非常重要工艺,化学机械研磨同样是一个新型的工艺，在半导体生产的过程中起着举足轻重的作用,集成电路的前缘技术就是在低 k 介质材料基础上设计 3 个盖层的复杂结构, 上面的盖层可以用 TEOS 四乙基原硅酸盐和氮化硅(SiN),下面的层可以在低 k 介质之上用氮碳化硅,碳化硅和

CDO 直接生成。所以,对于适合铜 CMP 的选择性浆料,除了具备高去除率之外,必须在去除上面盖层后才能够在下面的介质层表面上去终止的浆料。

Rohm 和 Haas 电子材料已经开发出既能够去除 TaN, TEPS, SiN, CDO,这些材料的任一化合物的任一系列浆料, 都能够在 TEOS、SiN、CDO、SiCN 和 SiC 的任何某一种或某两种薄膜表面而终止,这完全取决于特殊浆料的配方设计,通过一两种添加剂控制去除率先达到要求。系列浆料中的大多数浆料研磨剂的含量都较低, 在低压力的情况下具有良好的去除率,为了适应很多种行业的需求, 高低pH 值都可以使用。很多浆料是可调的, 用一种乃至两种添加剂控制薄膜的去除率，并描述和讨论了这些浆料的改良的原理。

在简述化学机械抛光技术的基础上,相应的提出化学机械抛光的过程,其中受载的粗糙峰和被抛光的晶片表面存在着相当于一纳米量级的薄流体膜,从而形成了纳米级薄膜流动的系统。并指出了纳米级流动规律进行研究，更有助于了解化学机械抛光的原理。

关键词: 化学机械抛光; 去除率; 阻挡层浆料

随着集成电路加工工艺精度的细微化的迅速上升，互连线宽度也随着不断缩小。其中一方面，连线横截面积应不断缩小，从而引起的金属连线的电阻值也增大；而另一方面，由于用力增加的互连线占据了一大部分的芯片面积，即在同一平面上而避免连线交叉是非常之困难的。所以，互连系统现在已经成为集成电路技术中更进一步发展的重要因素，单层金属互连不能满足需求，而平面二维结构的电路图需加在硅片上，需要加以多层化，例如利用绝缘层做中介，将集成电路相应的高集成度、高密度的多层金属互相连线。图 1-2 给出了 Al/SiO2、Cu/SiO2、Al 是低 K 材料和 Cu 低 K 材料作为相连系统，而不同的特征尺寸所需要的互连金属线层数都为 4。

另外，随着多层互连技术的发展与使用，如果想在更小的芯片面积上实现同样的功效，那还要在单个硅片上，要制作出很多小的芯片来，想要降低单个芯片的成本。要在互连线多增加一层，相应的需要增加两块掩模板，才有可能使总成品率得到下降，互连线层数也不是越多就越好。

1.2.3 钨在超大规模集成电路中的应用

MOS 晶体管完成制程后，首先要淀积的是金属，而这一层金属与 MOS 器件需要直接接触。淀积第二层金属之前，第一层和第二层金属直接的接触而发生短路,需要在金属层之间加以隔离来却保绝缘体。金属间介电层是用来隔离金属层的介电材料。为了连接上上下下不同的金属导线层，很多多层布线工艺都需要采用插塞技术从而形成金属互连结构。图 1-6(a)接触窗插塞工艺(Contact Plug)工艺是用来连接 MOS 各电极和金属层的镶入部分。图 1-6(b)介层窗插塞工艺是用来连接上上下下的不同的金属线层。

铝、铜、钨等都是用于 ULSI 金属化的金属材料。IC 金属化选择铝作为主要导电材料，因为铝具有低电阻率，技术成熟，附着力强， 易蚀刻，且与 N+、P+易融合成极佳的欧姆接触。在大电流密度下工作，铝引线会出现电迁移问题，产生小丘和空洞。小丘则可造成光刻困难和多层布线之间的短路，空洞使互连引线

开路或断开，当增加集成电路集成度和互连引线条宽变窄时这个问题相应的极为突出。

钨的熔点很高即为 3410℃，在电路工作的温度和高电流密度下，扩散率就非常低，不能形成空洞和小丘，也不存在电迁移等问题，钨用做一层互联金属的方法可对于局部互联来说是非常有吸引力的，还能够把钨用作金属化系统的第一层金属，也就是变得越来越普遍而已。而另外一方面，钨具有极好的阶梯覆盖能力，在芯片温度 300℃，90Torr 压力反应器中，90sccm WF6,700sccm H2 及其他稀释气体混合得到大于 95%的阶梯覆盖率。所以钨十分适用于接触孔与介层洞即Via 的填充。

1.4.2 CMP 在钨插塞制作中的应用

钨插塞工艺制作是由多重金属内互连线采用大马士革镶嵌，如图 1-10 所示。过程如下：

上下两层金属连接的位置，通过光刻迁移到介电层上方的光刻胶上，

干法刻蚀进行介电层的选择性去除，

剥出光刻胶后，构成钨插塞的各层材料由 CVD 法沉积

进行介电层表面的钨层回蚀，可以初步完成钨插塞的制作

再把构成第二层金属的内连线材料沉积到晶片的表面上。

CVD 方法用钨在含有介层洞孔的层与层之间的绝缘膜表面再进行全面覆盖沉

积后，为了只让介层洞孔中留下钨，需要将层与层之间绝缘膜表面上堆积的钨膜再去掉。

最早采用的都是反应性离子回蚀法，为了进一步确保钨全部被刻蚀干干净净，如果能够进行刻蚀，那就会形成凹陷。

把 CMP 技术应用到钨插塞的制作过程中用以取代钨层的回蚀，可以将钨和沉积氧化层而产生的颗粒都磨平。而沉淀钨介层洞的就形成，钨就可以使后面的导线制作工艺过程中，不管重叠几层都可成为现实，当然也符合导线日趋微细化的需求。尤其对于使用介质 CMP 和钨 CMP 同时情况下，也能提高成品率。钨的化学机械抛光现在已经非常普遍的应用在市场。

1.4.3 钨插塞 CMP 技术的研究现状与存在的问题

集成电路芯片的表面处理主要应用于 CMP 技术上，而且参考文献上来表现两个方面:

（1） CMP 机器的发展

CMP 从单头抛光机头而进展到多头抛光机。

（2）消费品的发展

CMP 技术到现在还存在着很多问题至今还没有解决，主要有三个方面:

(a)对于抛光液加工的研究

对于钨的抛光液，世界上通用的很多为酸性，一般以 Fe(NO3)3, H2O2 和 KIO3为氧化剂，酸性抛光液的腐蚀性很大，抛光设备损耗也同样很严重，既降低了使用的寿命，又引起金属离子沾污。下表 1-2 所示为目前世界上常用的抛光液。随着集成电路技术不断的细化，抛光速率的可控性和抛光后表面状态的要求也越来越高。既能够提高对抛光速率的可控性和对设备腐蚀性，现在对环境污染少的抛光液并且环保是非常之重要的。

（b） CMP 研究的机理和模型

对CMP过程机理的研究较多，但大多数是从一个侧面去进行，因而得出的模型不完全一致，较多的问题现在还没有较好的答案。

（c）最终的检测

对于声学膜厚的跟踪，以及电导法都是密不可分的。

2.1 钨 CMP 机理模型

2.1.1 钨的化学物理性质

在超大规模集成电路钨插塞的制备和钨应用方面都有优势，例如我们前面所提到的，如果在高电流的密度下，自己扩散率就非常低，不能够形成空洞和小丘，电迁移的问题和良好的阶梯覆盖率都是不存在的。但是在化学机械抛光过程中，钨是非常硬的金属，其硬度为 7.5,单纯的物理方法磨除是非常不容易的，化学

机械抛光也要考虑钨的化学其性质。从+2 到+6 钨就可以形成氧化值，但是+6 的氧化值较稳定。在钨的氧酸盐之中，氨、钠、钾、铷、锂、镁、铍、铊的盐只可溶水，除了这些其它的含氧酸盐都是非常之难溶水。在酸性溶液中钨酸盐有很强的倾向。所以在钨的化学机械抛光中，抛光液的配备必须要考虑到钨的物理性质和化学性质，以这些为基础并且来考虑抛光液的配方方法。

2.1.2 钨的 Kaufman 机理模型

Kaufman在 1991 年，提出了钨抛光液的反应机理在酸性条件下K3Fe(CN)6作为氧化剂的模型：

W+6 Fe(CN)63-+3H2O→WO3+6 Fe(CN)64-+6H＋ （钝化反应） (2-1)

W+6 Fe(CN)63-+4H2O→WO42－+6 Fe(CN)64-+8H＋（刻蚀反应） (2-2)

(2-1)式是没有抛光垫压力低区作用时所进行的反应，而（2-2）式则是有抛光垫压力高区作用时所进行的反应。

第一，在酸性条件下钨表面是非常热的，并且力学是非常稳定的，而在氧化剂的作用之下可形成表面氧化膜，其主要成分有 WO3 ，WO2 还有 W2O5。钨表面需要氧化剂的作用下，其中一部分可形成钨氧化物，其另一部分可被腐蚀，即可成为钨酸根并且可融于水中。

第二，在钨表面氧化膜可磨去凸起处，而新鲜的钨的表面需要在抛光液的作用下要进一步被氧化，还需要机械研磨，防止反应产物被抛光液携带走，日而复始，就完成了钨 CMP 的过程。

CMP 技术具有可以把金属钨平面化处理的能力，还有镶嵌金属形成钨插塞成功与否的关键。为了更好的获得良好的平面化结果，在 CMP 过程中抛光片上低（凹）区比高（凸）区的刻蚀应慢。

钨非常坚硬，所以，金属抛光液中应该含有腐蚀剂跟钝化剂，并实现高区和低区两者之间不同的去除的速率。钝化剂可在金属表面而形成钝化膜并以保护低（凹）区的金属可不被刻蚀。抛光垫与磨料的机械研磨可将在高（凸）区的钝化膜中去除后，腐蚀剂可将金属刻蚀去除掉。如果在低区，抛光垫又很坚硬，并且

接触不到低区，而低区的钝化膜并没有磨去，这样抑制了腐蚀作用，而且除速率也很低。钝化膜还会保护深层钨不容易腐蚀。

一个特别完整的钨化学机械抛光过程大致可以总结四个步骤：

(a) 在钨表面发生化学反应，可形成钝化膜。

(b) 磨料的机械研磨可去除钝化膜。

(c) 可以产生新的金属钨在表面上。

(d) 可重复使用上述步骤。

2.2 钨 CMP 过程中机械作用和化学作用的协同效应

钨是比较稳定的金属，根据钨抛光机理，钨的 CMP 过程来说，化学作用的性质要在于钨的表面要形成硬度非常较低的氧化钨的薄膜，该氧化膜去除是机械作用的实质，抛光过程从实际上讲就是氧化膜的不断形成与去除的过程。所以，在CMP 抛光的过程中，一定要考虑到影响 CMP 过程的化学因素与机械的因素，而在一定的抛光液基本条件下，可通过外部条件的协调来共同达到非常好的抛光效果。

2.2.1 化学因素的影响

钨 CMP 中是非常重要的工艺

钨 CMP 影响的化学因素：

(a)氧化剂的含量和浓度

氧化剂的含量，氧化剂的浓度都决定着钨表面被氧化的厚度，适当的氧化剂还可以使化学反应与机械磨除相当平衡，而对抛光速率，还有抛光表面都有非常大的影响。

(b)抛光液的酸碱度

抛光液的 pH 值是抛光液需要严格控制的一个重要参数。对于碱性抛光液来说，PH 值决定着对氧化膜的腐蚀速度，所以要找出一种合适的 PH 值调节剂，既要减小金属离子沾污又要保持抛光液稳定的 PH 值。

(c)温度

相对于化学反应来说，温度的影响是最大的。

(d)抛光液的流量

流量的大小影响抛光垫上磨料的数量和设备的润滑性能

2.2 机械因素的影响

影响大致有如下方面：

(1)磨料粒子大小、硬度

抛光的效果由磨料粒径大小、分布来决定的。

(2)磨料粒径的浓度

磨料的浓度决定着多层布线中 CMP 的速率和平整度。磨料浓度越大，机械作用越强，平整度就越高。

(3)磨料粒径的运动

在旋转抛光运动的设备中，磨料主要是通过旋转力沿着抛光垫表面作运动，抛片的边缘可能比中间有更多的磨料，使得钨片的边缘抛光速率比中间的快。

2.3 钨 CMP 的主要技术指标

2.3.1 去除速率

RATE=ΔH/ΔT=KPΔS/ΔT (2-3)

R=总除量/ 抛光时间 (2-4)

抛光速率必须在控制的范围内，速率越大抛光过程就越难控制，速率过小又会导致抛光周期时间太长。

影响钨去除速率的最关键控制因素为：

抛光液氧化钨表面的能力。

抛光液腐蚀、分解氧化钨的能力。

在抛光压力与抛光盘转速下，磨料与钨之间相互作用就会产生抛光应力。

腐蚀电流密度

腐蚀电流密度就是金属去除速率的一个参数，负极的反应是通过氧化剂的减少。

腐蚀电流密度是反映金属氧化的速率，抛光液中电流密度腐蚀能力应该较低。

图 2-2 腐蚀电流密度测试仪示意图

浓度 3wt％的 Al2O3 磨料和下列化学品（1） H2O2（2）(NH4)2S2O8（3）Ce(NO3)4/HNO3（4）K3Fe(CN)6 组成的抛光液测量：腐蚀电流密度如下表 2-1 所示：

2.3.3 抛光片的平整度

如图 2-3 所示，平整度的测量：R 代表平整度，θ代表表面光滑。

表 2-2 平整度定义

平整度         R(μm)       θ

表面光滑 0.1 到 2.0        >30

局部平坦化 2.0 到 100      30 到 0.5

全局平坦化 >100           <0.5

2.3.4 粗糙度

随着半导体集成电路技术的发展，高集成度、微细化结构以及光刻工艺中对解析度还有景深的限制也越来越高了，就是要求对钨化学机械抛光的表面粗糙度的要求却越来越低，如果表面粗糙度太高那样会造成聚焦非常困难，并使集成电路的成品率也相应的降低。现在，对于钨的化学机械抛光中粗糙度应当控制在0.1~0.2 纳米。

2.3.5.缺陷

在钨抛光过程中，抛光工艺还有材料性能都会产生某些缺陷，共同存在的影响器件的性能和后步工序的进行，还影响到 VLSI 制造工艺的稳定性、成品率。

侵蚀(Erosion)

在 CMP 工艺中存在着侵蚀现象，如图 2-5 所示。在一个芯片的表面虽有很密的金属互连线，还有无图形的区域。在这些情况下，金属线都挤在一起，CMP 过程中就会对于金属与氧化层之间产生不必要的侵蚀。

侵蚀是指抛光前后氧化层厚度的差。

产生侵蚀现象的主要原因是当抛光每层都覆盖着金属时，下面的 SiO2 回产生过抛光，而且是在高图形密度的区域里。

为了减小侵蚀现象，在抛光过程应缩短。另外在抛光过程要加入氧化层的抛光，可用来平坦氧化层的凸出部位。

碟形化(Dishing)

钨 CMP 过程中凹陷也存在一种跟图形线条宽度相关的碟形化，如 2-6 图所示。

凹陷是图形中间位置并且材料厚度的减少，也就是金属线条中心，即为凹陷处的最低点，与 SiO2 层最高点的高度差。凹陷的多少跟被抛光的线条密密相关。线条宽度越宽，凹陷程度就越多。抛光垫的硬度对于凹陷也有很大影响，非常软的抛光垫在压力作用下也容易引起凹陷。

插塞空心(Plug Coring)

在 CVD 钨把整个通空都覆盖，也有可能会出现阶梯的覆盖不良的现象，在用CMP 把多余的钨去除掉后的抛光过程，中心的凹陷也会曝露真空，最为严重的还会引起上下导线之间的短路。

表面划伤或沟(Mcroscratch)

表面的划伤或沟是有金属填充的，还会导致金属层与层之间的短路。产生划伤或沟的主要原因有：

磨料的颗粒太大、过硬和尺寸分布控制的差。

抛光液的存储时间太长，使用不规范会导致磨料颗粒的沉积从而产生颗粒。

磨料中还有微尘污染。

无进行划伤的二次抛光

残留物(Residual)

抛光液和表面颗粒也会有残留。器件表面的吸附颗粒能力会在结扩散和离子注入时就会形成钉子模型，不能掺杂微粒下的硅片，那样会导致低击穿跟管道击穿。还有，进行光刻时，颗粒的沾污能力还会影响光刻胶和掩膜接触不好，需要对准跟曝光过程中所损伤的胶膜和掩膜版，会引起分辨率的下降，从而造成针孔、

小岛等图形的缺陷。

2.4 碱性条件下钨 CMP 机理分析

根据钨的机理，提出了有机碱为中介质并在碱性条件下钨 CMP 的机理。钨首先被氧化剂会氧化成钨的氧化物；氧化物然后被直接磨除之后，还与抛光液中的有机碱反应从而生成大分子的钨酸盐，新裸露出来的表面还会再氧化，磨除，其产物会被流动的抛光液而带走。这样重复的完成抛光过程，直到全局平面化为止。

根据金属抛光的步骤，钨抛光过程中反应动力主要是双氧水当氧化：

抛光液中的OH与钨的氧化物－反应：

WO3＋OH－→HWO4－←→WO42－＋H＋ （2-5）

OH 与氧化膜而发生反应会产生氢离子。

钨凸起的氧化膜已经被腐蚀，而低凹处氧化膜还可能有，防止抛光液中氧化剂与深层的钨更进一步腐蚀，进而提高了选择性。同时也符合抛光液的要求。速率也进一步的增加：

钨在抛光液的作用下表面继续被氧化，再机械研磨，反应产物会被抛光液带走，重复次过程，就回完成钨这个过程。

由此可见，钨氧化为WO3 是由双氧水为氧化剂的碱性抛光液组成，腐蚀的产物就成了钨酸根WO42－。而另外一部分钨酸根跟胺碱就可生成溶于水的钨酸盐，被抛光液带走，其中部分钨酸根就会发生聚合反应，进而拉动了WO3腐蚀，同时加快了去除速率。

2.5 本章小结

本章首先介绍了钨的 Kaufman 机理模型，了解钨化学机械抛光的过程和影响因素，还分析了抛光过程中存在的一些问题。

1．以酸性条件下钨 CMP 为基础，并分析碱性条件下钨的化学机械抛光机理；

2．分析了钨 CMP 过程中的机械作用和化学作用；

3．在化学机械抛光过程中，钨插塞抛光的主要技术指标要求。

3.1 抛光液研究的前沿问题

随着电子技术的日趋发展，对于化学机械抛光的要求也越来提高。一是要提高设备的寿命，还要减少金属离子的沾污，还要降低工艺过程的复杂性。首先、碱性抛光液对金属具有钝化作用，不但降低抛光液对设备的腐蚀性，还能减少金属离子的沾污；其次、碱性抛光液表面的张力非常低，但是质量传递信息好，可

以达到更好的抛光。但是，在碱性抛光液的研究中也相应的存在一些问题：

第一、钨 CMP 的抛光机理有很多说法，但都是在酸性条件下来研究的；而在碱性条件下，钨 CMP 过程中的也有进一步研究；

第二、碱性条件下磨料的选择问题，三氧化二铝在碱性条件下很容易形成偏铝酸，从而失去了磨料的重要作用；硅溶胶在 pH 值之中会发生凝胶和溶胶现象，并失去磨料的作用，硅溶胶的稳定性是抛光液配备的很重要问题；

第三、不容易找到高的可溶性氧化剂是碱性抛光液中的最大缺点；

第四、碱性抛光液会阻挡层的抛光速率低，很容易形成碟形坑，；

3.2 碱性抛光液成分的选择

3.2.1 磨料的选择

磨料是 CMP 过程中用来研磨抛光片表面，也是抛光液的一部分。决定着化学机械抛光的大小程度，更影响抛光清洁度的结果。当选择磨料时，必须先考虑分散性，流动性，硬度是否适中，是否容易清洗。现在在国际上应用仅有两种磨料，纳米级和硅溶胶。

如果加入酸，平衡向左移动，就会生成铝盐；如果加入碱，平衡向右移动，就会生成偏铝酸。偏铝酸是溶水的，三氧化二铝的磨料就会相对的降低。这些过程，都要想均匀性好，还要并且达到标准是很困难的。要采用纳米级硅溶胶来替代三氧化二铝就没有问题了。而硅溶胶有一个特性，它可以作为抛光磨料的最大缺点，就是聚合作用。虽然硅溶胶有凝胶问题，对硅酸聚合的因素也很多，较为重要的是 pH 值。

pH 值在 4~7 范围内，体系得粘度就急剧增加，从而容易凝胶，pH 值为 7 时凝胶是最快的。配置 pH 值在 9~12 内的抛光液，能够保证硅溶胶的稳定。

在碱性溶液中，硅酸存在的形式为（Ⅰ）和（Ⅱ），两者可在溶液内，随着酸浓度的增高，即 pH 值略降低，并且逐步与 H＋结合。H＋与氧结合，而原硅体（Dimer）(Ⅵ)，二聚体与（Ⅱ）再（Colloidal Silica）质点,即通常所说的二氧化硅的溶胶。

强酸溶液中（pH＜2）中，（Ⅲ）与（Ⅴ）之间相互作用，两者均带负电，所以均可认为都不起作用。

所以，当溶液的 PH 值处于 7 左右时凝胶的速度越快，即而在显著的酸性（pH=2~3.5）和碱性（pH =9~12）范围内胶体都可处于稳定状态。

如图 3-2 所示，硅溶胶是钨的抛光液磨料，为了避免它们聚合之作用，所以也同样存在强酸和强碱性。而我们配置的碱性抛光液，pH 值大概在 10 左右，硅溶胶也能够稳定的存在，并且可以解决凝胶的问题。假如氧化剂选用强电解质，例高锰酸钾、铁氰化钾等，硅溶胶可能发生凝胶；此试验采用了相对适当的氧化剂，还有有机碱，经过多次试验显示，并且取得了很好的结果，而且还避免了溶胶或凝胶现象再次发生。

本文采用了钨CMP抛光液的磨料作为SiO2溶胶，而且粒径分布也是很均匀的。我们所采用的纳米级的二氧化硅的溶胶，还突破了三氧化二铝的磨料的受伤问题。

3.2.2 氧化剂的选择

在有碱性抛光液当中，我们可以选用的氧化剂有Fe(NO3)3、Fe(CN)6^3－、NH4OH、，KIO3、KMnO4和H2O2等。

对于钨的抛光过程，人们早在很早就提出 W 表面与抛光液之间的反应钨表面被双氧水氧化的反应公式如下：

W+3H2O2→WO3+3H2O (3-2)

钨表面被氧化的氧化膜的主要成分由WO3，WO2和W2O5 组成。

在 CMP 钨抛光过程中，要提高高低选择比会对钝化膜起着非常重要的。而最低处的氧化膜还依旧的存在。

研磨过程中研磨开始表面保护膜。

3.2.3 有机碱的选择

在抛光液中选择 pH 值调节剂是非常重要的。钨的含氧酸盐所有都很难溶解，而常用的氨、钠、钾盐都可溶水。碱性抛光液大多用强碱作为酸碱度来调节，那抛光液就作废了。

带胺基的有机碱可分很多种类，基本的有几种：四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化胺、三乙醇胺、丙二胺、丁胺、乙二胺、羟乙基乙二胺和多乙烯多胺等。

三乙醇胺、羟乙基乙二胺都是无味、无雾、容易清洗，而实验一般要选用三乙醇胺、羟乙基乙二胺这两种有机碱去作为 pH 值调节剂与络合剂。

在钨受双氧水而氧化之后，最终的氧化物和抛光液的反应：

WO3＋OH－→HWO4－←→WO42－＋H＋ (3-3)

如果那样就不会形成形成蝶形坑，抛光表面就可以实现平坦化。

在抛光液中表面活性剂是非常重要的，第一，表面活性剂要有促进固体颗粒分散而形成稳定悬浊液的作用，还有助于磨料进行大部分分散，为了避免聚集。

主要原因主要有以下三点：

降低抛光表面张力

表面活性剂可通过一切可以吸附某—溶液界面上，不仅而降低表面的自由能，还能减弱了自内的凝聚势力。

形成位垒

低分子表面活性基可以吸附在某—液面上可以形成一层稳固的溶剂化膜，可以阻碍颗粒之间互相凑近。热运动可以分散颗粒始最终会处于相互碰撞的状态，所以氧化活性剂的表面要有足够的粘附性的功能，从而避免和发生了解吸附的作用，而且还要有充足的浓度来产生能量垒，还能防止由于碰撞而产生的动能进而

引起的颗粒聚结。

通过以上实验研究明确了抛光液研究现状和前沿的问题，采用SiO2溶胶作为钨CMP碱性抛光液的磨料，选择双氧水H2O2作为钨CMP碱性抛光液中的氧化剂，选用羟乙基乙二胺作为钨CMP碱性抛光液的pH值调节剂，还提出了ULSI多层布线钨CMP碱性抛光液的配方理论。

3.3 本章小结

这章针对抛光液研究现状和前沿的问题，并且提出了 ULSI 多层布线钨 CMP碱性抛光液的配方理论：

1．采用SiO2溶胶作为钨CMP碱性抛光液的磨料；

2．选择双氧水H2O2作为钨CMP碱性抛光液中的氧化剂；

3．选用羟乙基乙二胺作为钨 CMP 碱性抛光液的 pH 值调节剂。

4.4 本章小结

这章主要是讲影响抛光片的抛光速率及表面平整度的因素来进行试验性验证，而且还得到了抛光片的抛光速率与表面平整度要达到最佳的每一个参数值：

1、抛光压力为 0.15Mpa 大概；

2、抛光液流量为 200 ml/min；

4、选用纳米级硅溶胶，浓度为硅溶胶：去离子水＝1：1；

5、选择 H2O2 作为氧化剂，而氧化剂浓度要适合在 2％～3％之间；

6、选择多羟二胺作为有机碱，并且有机碱浓度为 0.5％；

7、选择 FA/O I 型活性剂来作为表面活性剂，它的含量为：5ml/L。

5.4 本章小结

影响表面粗糙度的因素有很多，可以从以下几个方面来降低表面粗糙度。

1、加大抛光液中表面活性剂的含量。

2、减小抛光时的压力并加大流量。

3、使用小粒径且硬度低的磨料。

第六章结论

本论文主要研究了 CMP 过程中钨插塞的机械抛光原理，及其影响的各种因素，在这些基础上要进行大量试验，还确立了 CMP 一系列的最佳和重要参数。即而得出了碱性条件下适于钨插塞 CMP 的机理模型；还有适合于 ULSI 多层布线钨在 CMP 碱性抛光液的配方机理，而且还优化了抛光工艺的很多参数；并提出了在钨的抛光过程中，抛光液中的磨料和氧化剂的含量对于钨抛光表面粗糙度所受到的影响。

通过试验来掌握钨抛光过程中磨料硬度、氧化剂含量、无离子表面活性剂的含量及压力、流量对表面粗糙度的影响。还有理论上能够分析压力、流量、还有抛光液中无离子的表面活性剂的含量多少、磨料的硬度跟浓度对于钨在抛光过程中表面粗糙度的一系列影响因素。并且还提出了如何增加表面活性剂，采用低压、大流量来降低表面粗糙度的很多方案。通过好多试验来证明了低压、大流量和增加表面活性剂等等情况下，可以明显降低钨抛光表面的粗糙度。我们需要更深一步对于钨插塞的研究，如果再发展多层金属的 0.15μm 技术中,开发 CMP 设备势在必行，随着半导体器件尺寸越来越小,化学机械研磨工艺作为九十年代出现的新型工艺并且已经成为了半导体生产中必不可少的一部分。本文还描述了在半导体制造的化学机械研磨工艺中引入一种新型的研磨垫,这种研磨垫具有较长的使用寿命,可极大地节省研磨液的使用量和提高机台的生产率等特点，本课题通过对主要工艺参数的试验和分析,从中选择优化的工艺方案,并进行了试验验证和重复性验证。

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