glsi铝栅平坦化工艺和材料的研究

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1、分类号：TN305.2密级：公开UDC：编号：硕士学位论文GLSI铝栅平坦化工艺和材料的研究论文作者：马欣学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：刘玉岭职称：教授资助基金项目：国家中长期科技发展规划02科技重大专项资助项目（2009ZX02308）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElectronicsSTUDYONTHEPLANARIZATIONPROCESSANDMATERIALOFGLSIAL

2、UMINUMGATEbyMaXinSupervisor:Prof.LiuYulingMay2017ThisworksupportedbytheImportantNationalScience&TechnologySpecificProjectsofanationalmediumtolong-rangeprogramforscientificandtechnologicaldevelopment.No.2009ZX02308摘要随着集成电路（IC）技术的不断发展和器件特征尺寸的持续降低，为获得IC高集成化、高功能化、高速化和低功耗，高K介质/金属栅（HKMG）制程代替SiON/多晶硅栅的鳍式

3、场效应晶体管（FinFET)已成为先进CMOS技术的关键。由于金属铝导电率高，与高K介质材料兼容性更好，而成为栅极主流材料。HKMG铝栅化学机械平坦化（CMP）是实现铝栅制程的关键，决定了芯片上器件性能的完整性和可靠性。铝栅CMP的关键是实现材料高去除选择性和高完美表面，而CMP抛光液对铝栅CMP效果起着至关重要的作用。针对铝栅CMP中栅极铝和阻挡层钴去除速率选择性的问题，本课题采用氧化钝化—选择性螯合的办法，实现了材料高去除选择性，并揭示了栅极铝及阻挡层钴的选择性控制机理。研究表明，在抛光液中含有H2O2时，利用FA/OⅡ型螯合剂对钴、铝选择性螯合的作用，可实现对钴、铝去除速率比的有效控

4、制，控制范围为0.91~2.12。当抛光液中螯合剂为0.25ml/L时，钴、铝去除速率比为1:1。而加入15ml/LFA/OⅠ型非离子表面活性剂后，可显著降低钴、铝抛光片粗糙度，分别为5.46nm和4.10nm。利用抛光工艺（压力、转速、流量）对钴、铝去除速率的影响趋势，同时调整抛光液配比，可实现对钴、铝去除速率和抛光效果的有效控制。铝是活泼的两性金属，在pH＞8.3的碱性抛光液中会发生析氢腐蚀，在表面产生氢气泡，并留下大量蚀坑缺陷。本课题通过静态腐蚀实验和接触角实验，并结合金相显微镜观察腐蚀后铝抛光片表面状态，利用非离子活性剂亲水亲油特性，发现加入15ml/L非离子表面活性剂时，抛光液的

5、接触角最小，静态腐蚀后铝抛光片的蚀坑缺陷最少，抑制析氢腐蚀效果最好。本课题同时研究了不同pH铝栅CMP碱性抛光液的铝去除速率、pH、粒径、粘度、比重随存储时间的变化趋势，发现初始pH=10.0的抛光液可实现对去除速率、抛光效果和稳定性的综合平衡，即稳定存储48小时后，对铝去除速率达到139nm/min，粗糙度为13.3nm，基本满足铝栅CMP中对铝膜的去除要求，对早日实现国产铝栅CMP碱性抛光液产业化具有一定指导意义。关键词：铝栅化学机械抛光去除速率析氢腐蚀碱性抛光液稳定性IABSTRACTWiththecontinuousimprovementofintegratedcircuit(IC

6、)technologyandcontinuousdecreaseofdevicefeaturesize，inordertomeetIChighlyintegrated,high-performance,highspeedandlowpowerconsumption,Finfield-effecttransistor(FinFET)hasbeenthecoreofadvancedCMOStechnology,whichstructurechangesfromSiON/polysilicongatetohighdielectricmaterial/metalgate.Becausealumin

7、umhashigherconductivityandbettercompatibilitywithhighKdielectricmaterial,itiswidelyusedfargatematerial.Duringthepreparationprocessofaluminumgatedevices,HKMGAluminumgateCMPisthekeytechnology.Theintegrityandreliabi