铜互连阻挡层新材料钌、锇的化学机械抛光机理研究

金属钌、锇和铱极有可能取代目前的氮化钽/钽作为大规模集成电路铜互连结构中阻挡层新材料，化学机械抛光（CMP）技术是其能否成功应用的关键所在。本项目研究CMP抛光液中各组分与钌、锇之间的化学反应，从分子水平揭示CMP过程中的化学反应历程，为CMP抛光液研制选择氧化剂、络合剂、表面活性剂等提供理论支持。本项目深入研究CMP抛光液中磨料粒子与被抛光金属相对硬度大小与抛光后表面粗糙度之间本质规律，建立磨料粒子与被抛光金属相对硬度大小与抛光后表面粗糙度之间关系模型，为金属（甚至二氧化硅、低k材料）的CMP抛光液研制选择合适磨料提供可靠的理论指导。

金属钌和锇极有可能取代目前的氮化钽/钽作为大规模集成电路铜互连结构中阻挡层新材料，化学机械抛光（CMP）技术是其能否成功应用的关键所在。. 本项目研究了抛光工艺条件对Ru、Os的化学机械抛光速率的影响，结果表明在低压力下也可以进行Ru、Os的化学机械抛光。研究了不同氧化剂、络合剂、抑制剂、表面活性剂等对Ru和Os的化学机械抛光速率的影响，得到了满意的抛光速率，实现了抛光速率5-20纳米/分钟的可控。通过调整抛光液的组成，表面粗糙度达到1纳米以下。. 本项目利用电化学、XPS等方法，研究了化学机械抛光过程中不同抛光液对金属锇、金属钌的化学作用机理。对于金属锇，研究了双氧水-醋酸体系、双氧水-磷酸体系、双氧水-硝酸体系等抛光液中抛光液与锇的作用，分析了中间产物；在双氧水-醋酸体系抛光液能够将金属锇表面氧化形成四价金属锇的氧化物。对于金属钌，HCl-过硫酸铵体系、醋酸-双氧水体系、磷酸-双氧水-咪唑体系等抛光液中抛光液与钌的作用，分析了中间产物；在含1 wt.% H2O2、1 wt.% H3PO4、1 wt.% SiO2和0.5 mM 咪唑，pH值为8.0的抛光液中进行反应，金属钌表面存在零价、四价钌和六价钌，这表明此抛光液能够将金属钌表面氧化成四价和六价的形态。. 本项目制备了二氧化锡、二氧化铈等磨料。利用含二氧化硅、二氧化锡、二氧化铈等磨料的抛光液对金属钌、锇进行抛光，发现当磨料粒径太小会减小抛光速率，但是粒径越小，表面粗糙度越小。