开题报告--王喆（老师修改版）..doc

大连理工大学 专业学位硕士研究生学位论文 选题报告及文献综述考核表 姓 名： 王喆 学 号： 专业（领域）： 机械制造及其自动化 指 导 教 师： 金洙吉 教授 论 文 题 目： ULSI铜互连层电化学机械抛光液的研究 2009年 9月 28日填 一、选题的依据(1、选题所属研究领域；2、选题的应用价值；3、国内外相关研究概况及发展趋势) 1. 选题所属研究领域 本项目来源于国家自然科学基金重大研究计划项目“纳米制造的基础研究”之培育项目“ULSI制造中的铜互连层低压力平坦化技术基础”，属于超精密加工研究领域。IC）制造技术的飞速发展。为提高IC的集成度，特征尺寸不断缩小，布线层数目不断增加，金属互连结构呈现立体化；另一方面，为满足急剧增长的IC市场需求，ULSI）的大批量生产中已大量采用直径300mm硅片和65nm工艺，IC制造工艺已经迈进了线宽小于100nm的纳米电子时代[1]。）等特征图形；阻挡层和籽晶层的沉积，金属铜的填充以及用平坦化（Planarization）去除多余材料等等。完成多次[2]，等这种宽槽被充满后（实际要求沉积厚度大于沟槽的深度），形成如图1所示表面A，其他表面已经多沉积了一层台阶高度为D1的多余的铜金属。在多层互连结构制造过程中，为了满足后续的光刻工艺要求，对每层进行铜沉积后都要采用平坦化工艺去除多余铜（见图2），改善这种不平的表面状态。由于目前铜沉积工艺在每层金属布线中所产生的多余铜的台阶高度D1较大，必然对后续的平坦化工序乃至IC制造过程的效率、成本以及IC器件的质量和性能等产生重大影响。 图1填充铜层后的互连结构剖面示意图 图2去除多余铜层后的互连结构剖面示意图 化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）技术由于利用化学和机械复合作用从工件表面去除极薄的一层材料，因而可以实现高精度超光滑无损伤表面加工，被认为是目前可以兼顾芯片全局和局部平整度要求的最有效和最实用的方法[3,4]，目前在90/65nm工艺中均采用CMP来解决平坦化问题，如DRAM需要进行3～6次CMP，CPU需要进行9～13次CMP，CMP已成为半导体加工行业实现芯片全局平坦化的主流技术[5]。 但随着IC制造技术向特征线宽微细化、硅片大直径化方向发展，给CMP平坦化技术带来了前所未有的挑战。一方面，为了满足特征线宽微细化的要求，光刻焦深（Depth of Focus）变得越来越短，对芯片表面平整度的要求越来越苛刻，加之硅片直径的增大，对CMP技术的平坦化能力提出新的挑战。另一方面，随着IC特征线宽微细化进程的加快，为降低RC延迟效应，金属互连中采用的绝缘层材从130nm技术节点开始采用Low-k，k 3）的绝缘层材料代替SiO2绝缘层（k=.0～4.2），45nmPorous）结构的低k绝缘层材料（Low-k，k=2.5～2.8），32nm工艺将采用多孔结构的超低k绝缘层材料Low-k，k=2.0～2.5）。目前主要通过增大绝缘层材料的空隙率的方法降低介电常数k值，孔隙率越大，其介电常数k值就越低，但同时会大大削弱绝缘层材料的机械强度（如k=2.5的绝缘层材料的机械强度只有k=3.5绝缘层材料的1/2左右），金属Cu和超低k绝缘层着力差、吸水性强、热膨胀系数大、热传导率低等k绝缘层材料 图3 Cu/低k绝缘层材料k绝缘层材料45nm及以下ULSI芯片制造工艺要求，美国、日本等IC制造强国在投入大量的人力和物力研究开发新型的高强度超低k绝缘层材料的同时，不断探索和研发基于新原理的高效低压力平坦化技术，主要包括： 1）无磨料化学机械抛光（Abrasive-free CMP，AF-CMP）。该技术采用具有较强腐蚀能力的无磨料抛光液，利用被加工表面与抛光垫之间的摩擦作用来去除化学腐蚀产生的反应膜，实现硅片表面的全局平坦化。由于抛光液的腐蚀性强且不含磨料，在加工过程中化学腐蚀作用占主导地位，因此在降低抛光压力、减少加工表面损伤等方面有一定优势，但仍没有很好地解决低抛光压力下如何提高抛光效率等问题。 2）无应力抛光（Stress-free Polishing, SFP）[6]。由ACM和LSI Logic公司共同开发，该技术利用电解抛光（Electrochemical Polishing，ECP）原理实现非接触式无应力平坦化，可避免产生裂纹、分层等加工缺陷。但因受电解抛光原理上的限制，在对高精度表面进行平坦化时，对加工表面突出部分的选择性去除能力有限，因此目前大多采用两步工序（