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引言

線路背面(BEOL)銅(Cu)互聯(lián)線的寬度和間距隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的每次進(jìn)步而減小。了解減小的尺寸是如何影響B(tài)EOL化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過(guò)程是很重要的。本研究的重點(diǎn)是利用三類漿液配方（即氧化鋁磨料、二氧化硅磨料和無(wú)磨料），利用尺寸與亞20nm技術(shù)相關(guān)的測(cè)試結(jié)構(gòu)，對(duì)CuCMP進(jìn)行評(píng)價(jià)。

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實(shí)驗(yàn)

所有的CMP實(shí)驗(yàn)都是在直徑為300mm的晶圓上進(jìn)行的，使用了不同線寬的雙大馬士革測(cè)試結(jié)構(gòu)(40nm，32nm和28nm)。除特別說(shuō)明外，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的襯墊材料是采用物理氣相沉積(PVD)工藝沉積的TaN-Ta。為了填充銅溝槽，使用電化學(xué)鍍層沉積了約4500A的銅覆蓋層。Cu CMP采用漿液A、漿液B、漿液c三種不同的泥漿進(jìn)行。在本研究中，對(duì)Cu線寬度/間距為40nm及以下的先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的泥漿A和B進(jìn)行了評(píng)價(jià)。漿液C已用于銅線寬為40nm（或更大）的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，作為記錄過(guò)程(POR)。在本研究中，采用漿C作為參考工藝，以建立的基線工藝測(cè)定新的漿。

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結(jié)果和討論

襯里的選擇性：覆蓋層Cu和Ta薄膜的去除率見表1。所有泥漿的銅去除率都高于Ta，而泥漿A和B的銅去除率可以忽略不計(jì)。此外，在不同硬度和墊槽的拋光墊上測(cè)試了泥漿A，但在較硬墊上的銅去除率較高，但沒有明顯的Ta去除。這一結(jié)果突出了墊片硬度，開槽變化沒有改變漿料對(duì)Ta的選擇性。相比之下，在較低拋光壓力下的Ta去除率也顯著提高（表I）。去除率表明，漿C對(duì)Ta的選擇性明顯低于漿A和B。使用200A厚的CVD沉積覆蓋層Co薄膜進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)，但由于完全去除Co，無(wú)法估計(jì)去除率。由于資源的限制，無(wú)法獲得超過(guò)200ACo厚度的薄膜。然而，完全去除Co膜的定性去除表明，所有泥漿的Co去除率都遠(yuǎn)高于Ta。

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表 1 不同漿料對(duì)包覆Cu、Ta膜的去除率的影響

在線電氣試驗(yàn)：對(duì)三個(gè)銅CMP工藝在屏障CMP后進(jìn)行電氣試驗(yàn)。與地形測(cè)量類似，收集漿C數(shù)據(jù)作為POR工藝條件下的參考。32nm寬Cu互連的歸一化線電阻如圖13所示。在1psi下，用泥漿A處理的集成晶圓的線電阻并沒有隨著過(guò)拋光時(shí)間的增加而增加。在1.2psi時(shí)，隨著過(guò)度拋光時(shí)間的增加，線電阻會(huì)增加。電學(xué)結(jié)果與橫截面STEM結(jié)果一致（圖7和圖8），在1psi時(shí)，互連結(jié)構(gòu)隨著過(guò)拋光時(shí)間的增加而穩(wěn)定，但在1.2psi時(shí)觀察到完全的襯里損失。相比之下，對(duì)于漿液B，在1psi和1.2psi時(shí)，隨著過(guò)拋光時(shí)間的增加，線路電阻保持穩(wěn)定。漿B電結(jié)果也與截面STEM結(jié)果一致，表明在所有測(cè)試條件下襯里保持穩(wěn)定。

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圖 13 不同拋光壓力和時(shí)間下的32nm寬銅互連的歸一化線電阻

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結(jié)論

本研究的一個(gè)重點(diǎn)是隨著Cu互連線寬度的減少，Cu降解為線性選擇性（圖4、6和7）。這些結(jié)果表明，銅對(duì)線性的選擇性是圖案密度（即銅對(duì)線的寬度和間距）的函數(shù)。目前的研究強(qiáng)調(diào)了覆蓋速率選擇性不會(huì)轉(zhuǎn)化為圖案晶圓，需要將Cu中的圖案密度納入線性選擇性計(jì)算，以合理地預(yù)測(cè)與先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的尺寸的選擇性。最后，本研究的結(jié)果突出了仍然需要研究和開發(fā)的某些領(lǐng)域。例如，需要基本了解哪些因素控制了銅表面的曲率(可能是由于銅在Cu-Ta界面的腐蝕)，以及它如何影響最終的結(jié)構(gòu)。此外，還需要開發(fā)具有證明銅對(duì)鈷選擇性的銅漿液配方。此外，隨著尺寸的縮小，襯墊厚度也將繼續(xù)減少到5納米以下，這反過(guò)來(lái)將需要開發(fā)漿料配方，不僅可以選擇替代襯墊材料，而且可以選擇越來(lái)越薄的襯墊。