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ATMP对晶圆中TSV结构Ta基阻挡层的Ta和Cu去除速率选择比的影响

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微纳电子技术 2023年第10期60卷 1677-1683页

作者：董延伟王如郑涛石芸慧刘彬王帅河北工业大学电子信息工程学院天津300130 河北省微电子超精密加工材料与技术协同创新中心天津300130

为了提高晶圆中硅通孔(TSV)阻挡层材料化学机械抛光(CMP)中Ta和Cu的去除速率选择比,在工作压力为3 psi(1 psi=6895 Pa)、抛光头转速为87 r/min、抛光盘转速为93 r/min、抛光液体积流量为300 m L/min的条件下,研究了氨基三甲叉膦酸(ATMP... 详细信息

为了提高晶圆中硅通孔(TSV)阻挡层材料化学机械抛光(CMP)中Ta和Cu的去除速率选择比,在工作压力为3 psi(1 psi=6895 Pa)、抛光头转速为87 r/min、抛光盘转速为93 r/min、抛光液体积流量为300 m L/min的条件下,研究了氨基三甲叉膦酸(ATMP)作为络合剂对Ta和Cu的去除速率以及去除速率选择比的影响。通过电化学方法探究了ATMP对Ta和Cu的络合机制,利用原子力显微镜对比了抛光前后的表面质量。研究结果显示:在ATMP质量分数为1.5%时,Ta和Cu的去除速率分别为157.96和58.6 nm/min,验证了ATMP对提高Ta和Cu的去除速率选择比具有明显效果,Ta和Cu抛光前后的表面粗糙度分别由4.2 nm降低至0.284 nm以及由1.31 nm降低至0.51 nm,表面质量得到明显改善,证明了ATMP适合用于TSV晶圆阻挡层材料抛光。

关键词：化学机械抛光(CMP) 硅通孔(TSV) 氨基三甲叉膦酸(ATMP) 阻挡层去除速率

焦磷酸钾和双氧水对化学机械抛光中铜/钴电偶腐蚀及去除速率的影响

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电镀与涂饰 2022年第1期41卷 67-71页

作者：李浩然张保国李烨阳小帆杨朝霞河北工业大学电子信息工程学院天津300130 天津市电子材料与器件重点实验室天津300130

通过电化学测试和化学机械抛光(CMP)试验研究了pH=10的抛光液中焦磷酸钾和双氧水的质量分数对Cu/Co电偶腐蚀的影响。结果表明,适量K_(4)P_(2)O_(7)和H_(2)O_(2)的存在能够有效减小Cu与Co之间的腐蚀电位差,最小可降至11 mV。采用由0.3%H_... 详细信息

通过电化学测试和化学机械抛光(CMP)试验研究了pH=10的抛光液中焦磷酸钾和双氧水的质量分数对Cu/Co电偶腐蚀的影响。结果表明,适量K_(4)P_(2)O_(7)和H_(2)O_(2)的存在能够有效减小Cu与Co之间的腐蚀电位差,最小可降至11 mV。采用由0.3%H_(2)O_(2)、0.1%K_(4)P_(2)O_(7)和2%硅溶胶组成的抛光液进行化学机械抛光时,Cu、Co的去除速率分别为312.0Å/min和475.6Å/min。

关键词：铜钴电偶腐蚀化学机械抛光焦磷酸钾双氧水去除速率

集成电路钴互连粗抛高低差及去除速率控制机理研究

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集成电路钴互连粗抛高低差及去除速率控制机理研究

作者：雷双双河北工业大学

学位级别：硕士

当集成电路技术节点已经缩小至7 nm及以下时,金属Cu作为互连线因严重的电迁移问题已不能满足集成电路的发展需求。Co因具有更小的电子平均自由程、更强的抗电迁移特性、高中横比中良好的共形沉积等特性而被认为是替代Cu作为互连线的最... 详细信息

当集成电路技术节点已经缩小至7 nm及以下时,金属Cu作为互连线因严重的电迁移问题已不能满足集成电路的发展需求。Co因具有更小的电子平均自由程、更强的抗电迁移特性、高中横比中良好的共形沉积等特性而被认为是替代Cu作为互连线的最有前景的金属材料。然而,Co互连在粗抛过程中获得较高去除速率的同时表面容易发生腐蚀,且国内外多集中于Co平面的研究,对Co高低差的平坦化鲜有报道。因此,本文针对Co互连粗抛过程中高低差和去除速率的控制及其机理进行了研究,主要内容如下:(1)在弱碱性体系下,研究了不同官能团缓蚀剂BTA、BTA-CH以及BTA-COOH对Co去除速率和腐蚀的不同抑制/钝化行为,提出了不同官能团缓蚀剂——BTA、BTA-CH以及BTA-COOH降低Co表面腐蚀的聚合物网格、疏水覆盖效应以及多中心吸附钝化行为机制。研究发现,BTA唑环上的N原子可以与溶液中的Co反应生成不溶性纳米聚合网络([Co[II](BTA)·HO])覆盖在Co表面,以减缓Co的腐蚀。BTA-CH与BTA类似,但由于其非极性基团-CH的存在,增加了Co表面的疏水性及覆盖面积,从而进一步减缓了Co的腐蚀。然而,对于BTA-COOH而言,其羧基上的O原子可以像唑环上的N原子一样化学地吸附在Co表面,从而形成双层多中心吸附的钝化膜,大大阻碍了Co表面电子电荷的转移,极大地保护了Co表面免受腐蚀。(2)在BTA-COOH体系下,研究了NTA-(NH)和HO对Co去除速率提高的协同作用机理。研究发现,当NTA-(NH)和HO同时存在时,NTA-(NH)电离出的[(NH)N(CHCOO)]和NH可以分别通过络合作用和氨化作用与Co表面大量的Co OOH氧化物反应形成九配位结构的可溶性络合离子[Co(III)[(NH)N(CHCOO)](HO)]和六配位结构的[Co(III)(NH)],且NH离子的存在减小Si O颗粒与Co表面的静电排斥力,使Co去除速率大大提高至6896?/min。(3)研究了弱碱性抛光液中不同组份——硅溶胶、HO、NTA-(NH)以及BTA-COOH对Co高低差降低的影响规律,研究发现四种因素对Co台阶消除速率的主导度分别是:Si O>BTA-COOH>HO>NTA-(NH)。最优组抛光液可使Co台阶高度降至837?,其台阶消除速率高达55.34?/s,揭示了钴互连图形结构凸处在机械磨削-氧化-氨化-络合的作用下被快速去除,而凹处通过纳米聚合网络([Co[II](BTA-COOH)·HO])和([Co[II](BTA-COO)·HO])被钝化的平坦化机制。

关键词：化学机械抛光钴去除速率腐蚀高低差

硅通孔铜层化学机械抛光去除速率与表面质量的研究

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硅通孔铜层化学机械抛光去除速率与表面质量的研究

作者：郑晴平河北工业大学

学位级别：硕士

硅通孔(TSV)技术,可以获得更好的集成电路兼容性和互连密度,使芯片的堆叠不再局限于面板级别,实现了2.5D/3D互连。但是相较于铜大马士革布线工艺,硅通孔铜镀层厚度可达到十几微米,需要更快的平坦化技术。研究硅通孔正面化学机械抛光(CMP... 详细信息

硅通孔(TSV)技术,可以获得更好的集成电路兼容性和互连密度,使芯片的堆叠不再局限于面板级别,实现了2.5D/3D互连。但是相较于铜大马士革布线工艺,硅通孔铜镀层厚度可达到十几微米,需要更快的平坦化技术。研究硅通孔正面化学机械抛光(CMP)高速去除铜覆盖层、有效抑制碟形坑的生成以及表面质量的改善,是后续获得合格芯片的关键。本论文对碱性TSV铜层抛光液进行研究,主要目标是实现TSV铜层的高去除速率和低表面粗糙度。下面是本论文的主要研究内容:1.研究了磨料、HO和络合剂对铜抛光去除速率的影响。首先,对磨料混合比例和浓度进行探究,得出直径40 nm、60 nm、80 nm的磨料混合比例为1:3:2且总浓度为6 wt%时,铜去除速率、表面粗糙度和Cu/Ta/TEOS的速率选择比最合适。其次,研究HO-甘氨酸体系对铜的络合能力,得出HO和甘氨酸含量对铜去除速率的影响,分别确定了铜去除速率最高和Cu/Ta/TEOS速率选择比最佳的浓度配比;研究了柠檬酸铵作为辅助络合剂对HO-甘氨酸体系络合能力的促进效果,得到的抛光液配比为:0.5 wt%HO+5 wt%甘氨酸+2.5 wt%柠檬酸铵,该条件下,铜的去除速率能达到8.6μm/min。2.研究了缓蚀剂和非离子表面活性剂对铜抛光效果的影响。研究了缓蚀剂1,2,4三唑(TAZ)对铜CMP的缓蚀作用,得到了TAZ浓度与铜抛光去除速率、铜膜表面粗糙度的关系。通过比较两种非离子活性剂(吐温-20、吐温-80)在铜表面的表面张力、接触角和铺展系数,发现吐温-20对铜表面的润湿效果强于吐温-80,研究了吐温-20对铜抛光效果的影响。综合比较,在抛光液中加入1 mmol/L TAZ和1 ml/L吐温-20时比较合适,抛光速率达到3688 nm/min,表面粗糙度Sq为1.3 nm,满足工业要求。3.研究了混合磨料和复合络合剂对铜抛光的作用机理。通过磨料磨损机制和磨料密堆积形成条件建立了磨料、铜片和抛光垫的接触模型,计算了磨料和铜片的接触面积,研究了混合磨料对铜抛光的作用机理。创新性地提出复合络合剂(甘氨酸和柠檬酸铵),建立两者在铜表面的相关反应机制模型,提出了柠檬酸根和NH对铜去除速率的协同作用机理和机制。

关键词：硅通孔化学机械抛光去除速率表面质量混合磨料复合络合剂

CIS介质层CMP去除速率及颗粒沾污控制机理的研究

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CIS介质层CMP去除速率及颗粒沾污控制机理的研究

作者：李越河北工业大学

学位级别：硕士

互补式金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor,CMOS)型图像传感器,即CMOS图像传感器(CMOS image sensor,CIS)在医疗器械拍照、条形码扫描器、安防监控摄像头以及工业视觉等领域扮演着重要的作用。化学机械平坦化(C... 详细信息

互补式金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor,CMOS)型图像传感器,即CMOS图像传感器(CMOS image sensor,CIS)在医疗器械拍照、条形码扫描器、安防监控摄像头以及工业视觉等领域扮演着重要的作用。化学机械平坦化(CMP)是CIS制备过程中能够实现全局和局部平坦化的关键及基础工艺技术。CIS顶部介质层对填充、覆盖和保护CIS结构完整性及可靠性起着关键作用。然而,基于等离子体增强正硅酸四乙脂(PETEOS)制备的CIS顶部介质层,因具有高硬度(莫氏硬度为7)以及较强化学惰性的特点,存在CMP过程中难实现高效去除及易产生颗粒沾污缺陷等问题,这对CIS顶部介质层PETEOS CMP提出了更高的要求。本文针对CIS制备过程中PETEOS高去除速率及PETEOS CMP后低表面颗粒沾污缺陷的要求,深入开展了如下研究:1.针对CIS结构顶部介质层PETEOS CMP高去除速率的要求,通过在高浓度碱性纳米胶体二氧化硅(Si O)磨料中引入二乙烯三胺五乙酸五钾(DTPA-5K),实现了基于Si O磨料体系PETEOS的高去除速率,且研究发现随着纳米Si O磨料浓度的增大,PETEOS去除速率呈线性增加趋势,而随着纳米Si O磨料粒径增大,PETEOS去除速率先增大后降低,并提出了压痕机制和表面接触机制;基于双电层理论以及静电作用机理,通过引入聚丙烯酰胺(PAM)分散剂,其在碱性条件下可以水解生成COO增大了空间位阻效应,实现了抛光液的高稳定性,且PETEOS表面粗糙度得到有效改善(Sq=1.53 nm)。2.上述实验已通过优化抛光液组分实现PETEOS高去除速率,但由于Si O磨料浓度较高,存在表面颗粒沾污的问题;为进一步解决CMP后PETEOS表面存在颗粒沾污的问题且保持PETEOS的高去除速率,本文采用镧(La)掺杂的二氧化铈(Ce O)磨料(La/Ce O磨料)与Si O磨料复合的方法,降低了体系Si O磨料浓度并进一步提高了PETEOS的去除速率;利用具有强渗透作用的表面活性剂异辛醇聚氧乙烯醚(JFCE),实现了CMP后PETEOS表面的低颗粒沾污、低表面粗糙度(Sq=0.427 nm)。最后,在上述优化的基础上,在图形片上验证了分别使用单一Si O、La/Ce O及其复合磨料的抛光液的平坦化能力,结果发现:La/Ce O磨料与Si O磨料复合的抛光液对PETEOS图形片的修正能力较强,具有良好的平坦化能力。此研究为PETEOS CMP提供了一种新的思路,同时对PETEOS抛光液的研发与国产化具有重要的参考价值。

关键词：化学机械平坦化去除速率颗粒沾污 CIS顶部介质层PETEOS SiO2磨料 La/CeO2磨料

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固结磨料抛光垫作用下的材料去除速率模型

金刚石与磨料磨具工程 2006年第3期26卷 38-41,45页

作者：朱永伟何建桥南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

在对研磨抛光过程作出适当简化的基础上,推导出了固结磨料研具研磨抛光工件的去除速率模型,并进行了数值模拟。结果表明:固结磨料研磨加工时的去除速率不仅与工件的材质有关,还与固结磨料研磨盘的结构与加工参数相关;去除速率与相对速度... 详细信息

在对研磨抛光过程作出适当简化的基础上,推导出了固结磨料研具研磨抛光工件的去除速率模型,并进行了数值模拟。结果表明:固结磨料研磨加工时的去除速率不仅与工件的材质有关,还与固结磨料研磨盘的结构与加工参数相关;去除速率与相对速度V成正比,与压力的3/2次方成正比,与磨料直径成反比,并随着凸起间距的增加而下降。

关键词：固结磨料抛光去除速率模型

温度对ULSI硅衬底化学机械抛光去除速率及动力学的控制

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Journal of Semiconductors 2007年第Z1期28卷 62-66页

作者：刘玉岭牛新环檀柏梅王胜利河北工业大学信息工程学院微电子研究所天津300130 河北工业大学信息工程学院微电子研究所天津300130 河北工业大学信息工程学院微电子研究所天津300130 河北工业大学信息工程学院微电子研究所天津300130

对材料表面化学机械高精密加工的动力学过程及控制过程进行了深入研究.根据大量实验总结出了CMP的七个动力学过程,在ULSI衬底单晶硅片的CMP研究过程中,确定了在相同机械作用条件下由温度引起的化学过程为CMP控制过程,对影响化学反应的... 详细信息

对材料表面化学机械高精密加工的动力学过程及控制过程进行了深入研究.根据大量实验总结出了CMP的七个动力学过程,在ULSI衬底单晶硅片的CMP研究过程中,确定了在相同机械作用条件下由温度引起的化学过程为CMP控制过程,对影响化学反应的关键因素进行了有效的优化,实现了多材料CMP速率的突破性提高.

关键词：化学机械抛光动力学过程控制过程硅衬底去除速率抛光温度

常见沉水植物对草海水体(含底泥)总氮去除速率的研究

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环境科学研究 1997年第4期10卷 47-50页

作者：宋福陈艳卿乔建荣任久长中国环境科学研究院生态所环境模拟与污染控制国家联合实验室水环境模拟分室

利用狐尾藻、菹草、苦草、伊乐藻、金鱼藻、篦齿眼子菜、轮藻等７种沉水植物对受污染的草海水体（含底泥）总氮去除速率进行了试验研究。结果表明：每种沉水植物对水体总氮、总磷均有显著去除作用，在试验的２７ｄ内，对总氮、总磷的去... 详细信息

利用狐尾藻、菹草、苦草、伊乐藻、金鱼藻、篦齿眼子菜、轮藻等７种沉水植物对受污染的草海水体（含底泥）总氮去除速率进行了试验研究。结果表明：每种沉水植物对水体总氮、总磷均有显著去除作用，在试验的２７ｄ内，对总氮、总磷的去除百分率分别为８０３１％，８９８２％；重点对７种沉水植物引起水体总氮浓度下降与时间的关系作回归分析，所得结果是随着时间的延长，水体中总氮浓度呈负指数形式衰减。该文还研究了水体总氮浓度与去除速率之间的关系。每种沉水植物在试验的总氮浓度范围内（２６２８～１６６６７ｍｇ／Ｌ）去除速率随总氮浓度的增加而增加。对ＴＮｔ曲线和Ｖ－ＴＮ曲线在大型水生植物系统恢复中的应用进行了讨论。

关键词：沉水植物总氮去除速率湖泊富营养化草海

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钴与钛的去除速率选择比控制及电偶腐蚀

半导体技术 2019年第11期44卷 876-882页

作者：梁婷伟王胜利王辰伟刘凤霞河北工业大学电子信息工程学院天津300130 天津市电子材料与器件重点实验室天津300130

研究了抛光液pH值、酒石酸钾(PTH)、双氧水(H2O2)和硅溶胶对钴插塞和钛阻挡层的去除速率及选择比的影响,并讨论了前3种因素与钴和钛电偶腐蚀的变化关系。采用正交抛光实验探讨了各因素对钴和钛抛光速率的主导度,利用塔菲尔曲线研究了各... 详细信息

研究了抛光液pH值、酒石酸钾(PTH)、双氧水(H2O2)和硅溶胶对钴插塞和钛阻挡层的去除速率及选择比的影响,并讨论了前3种因素与钴和钛电偶腐蚀的变化关系。采用正交抛光实验探讨了各因素对钴和钛抛光速率的主导度,利用塔菲尔曲线研究了各因素对钴和钛腐蚀电位差的影响趋势。结果显示,升高pH值(由8到10)可大幅降低钴的去除速率至27.7 nm/min,而对于钛的去除速率无明显影响;PTH的引入可同时提高钴与钛的去除速率,并降低二者腐蚀电位差;H2O2的增加可有效降低钴的去除速率而同时增大钛的去除速率。因此,升高pH值有利于实现钴和钛的去除速率一致性;固定pH值而改变PTH和H2O2体积分数可实现钴与钛的去除速率及选择比可控。

关键词：钴钛去除速率选择比主导度腐蚀电位差