清华大学学报(自然科学版)

作者：张力飞, 王同庆, 赵德文, 路新春

单位：清华大学 机械工程系, 高端装备界面科学与技术全国重点实验室, 北京 100084

关键词：化学机械抛光,钴互连异质结构,决定性官能团,抛光工艺

基金：国家自然科学基金重大项目(51991373)

化学机械抛光(CMP)技术利用纳米颗粒机械磨削作用与抛光液化学作用的有效结合, 为互连结构不间断的层层堆叠提供可能性。随着集成电路制造技术发展到7 nm及以下节点, 金属钴因其较低的平均电子自由程和出色的沉积性能, 已在后段制程(back-end-of-line, BEOL)中成为代替铜最有潜力的新型互连材料。在钴互连异质结构晶圆CMP过程中, 实现互连层钴与阻挡层钛的去除选择性及晶圆全局平坦化是首要解决的关键问题。该文探讨了互连结构中钴和钛在CMP过程中的去除机制, 并通过电化学测试、静态腐蚀及纳米划痕等多种实验手段, 分析了含不同数量氨基和羧基决定性官能团的络合剂对钴和钛去除选择性的影响。结果表明, 钴的去除主要依赖于化学腐蚀和腐蚀促进机械磨损作用, 而钛的去除则主要依赖机械磨损作用。含氨基基团的络合剂可显著提高钴的去除速率, 而钛的去除速率则可通过增加磨料质量分数得到增强。基于大量实验, 构建了决定性官能团数据库, 提出了钴和钛异质结构去除选择性的调控策略, 并通过图形晶圆验证了有效性, 确定了两道抛光的最佳工艺参数。该成果为抛光工艺优化提供了理论支撑, 对先进集成电路中的多层互连结构平坦化具有重要指导意义。

来源：2025年第2期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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