抛光液的缓蚀性能对CMP性能的影响

通常来讲, 腐蚀抑制剂的添加量越大, 则其对氧化层形成的抑制效果越强, 由于其强烈的保护作用, 材料被氧化进而被刻蚀的可能性也越弱, 化学腐蚀引起的材料去除量也越小, 因此腐蚀抑制剂含量的增加势必会减小MRR, 降低抛光效率. 基于大量的Cu 基底CMP 抛光效率的实验数据,Pan 等通过假设化学腐蚀引起的材料去除速率(MRRC) 与腐蚀抑制剂的浓度(cinhibitor) 的变化率之比和MRRC 成正比, 提出了如下的材料去除效率与腐蚀抑制剂浓度关系的经验公式:

MRR = MRR0 exp(-kcinhibitor) +MRRM; (1)

其中, MRR0 为没有腐蚀抑制剂作用下的初始MRRC; MRRM 为磨粒机械作用引起的材料去除速率; k 为抑制效率, 代表了腐蚀抑制剂的性能强弱.由(1) 式可以看出, 没有添加腐蚀抑制剂, 那么

MRR = MRR0 +MRRM; (2)

MRR0 = MRRC; (3)

即表示CMP 工艺中MRR 由化学试剂的腐蚀MRRC 和磨粒的磨削MRRM 两部分组成. 如果腐蚀抑制剂浓度极大, 则

MRR0 ~0 nm/ min; (4)

MRR  ~MRRM; (5)

这表示化学腐蚀作用完全被抑制, CMP 工艺中MRR 完全由磨粒的磨削来实现. Pan 等提出的(1) 式对腐蚀抑制剂的含量和MRR 的线性关系做出了与实验完全相符的预判, 而且借助此式可以通过测试不同腐蚀抑制剂含量下的MRR, 从而拟合出腐蚀抑制剂的含量对MRR 的近似曲线, 进而通过k 值判断腐蚀抑制剂的腐蚀抑制性能. Zhou等为了对比TAZ 和TT-LYK 两种腐蚀抑制剂的缓蚀性能, 分别对含有不同含量的TAZ 和TTLYK抛光液进行了CMP 抛光试验, 并参照Pan等提出的性能评价公式对腐蚀抑制剂含量与MRR 的关系进行了拟合, 结果表明相同质量分数下TAZ 比TT-LYK 具有更强的腐蚀抑制效果.

此外, 唑类有机物与其他抑制剂混合也可达到优异的腐蚀抑制效果. Hu 等采用含有300 ppm(质量分数, 1 ppm ) TT-LKY 和1.5 mmol/L油酸钾(PO) 混合腐蚀抑制剂的碱性硅基抛光液,对Co 薄膜进行化学机械抛光, 实现了约为33.1nm/min 的抛光效率, 达到了Co 衬套Cu 互连线的CMP 加工要求. Yang 等研究了甘氨酸对含有H2O2 氧化剂的碱性抛光液在Mo 基底CMP 加工中的腐蚀抑制效果, 结果表明添加甘氨酸可以降低CMP 过程中Mo 的静态刻蚀率和MRR, 抑制效率高达50%. 并且他们通过原位开路电压、瞬态电流密度和电化学极化曲线的测试, 提出甘氨酸是通过静电作用吸附在Mo 表面, 从而阻碍H2O2 与Mo 表面接触, 达到延缓氧化过程, 抑制腐蚀的目的. 而且甘氨酸是一种生物抑制性神经递质, 在很多食品、医药、饲料中普遍存在, 对人体无毒无害,也符合绿色环保的生产要求. 除此之外, 壳聚糖(CTS)是一种绿色环保的天然有机化合物, 也被作为腐蚀抑制剂引入Cu 互连线的CMP 加工中,来提高Cu 材料和Co/Ru衬套的复合材料晶圆表面的技术节点.