铜互连层表面的约束刻蚀化学平坦化新方法

针对ULSI制造中具有低强度Cu/Low-k结构的大尺寸硅片铜互连表面平坦化难题，提出利用光/电诱导约束刻蚀剂层的化学平坦化新方法，通过对大面积光/电诱导约束刻蚀剂层的生成与物料平衡、固-固表面间微纳尺度液膜的形成机理及精确控制、微纳尺度液膜内的固-液界面物理化学行为及表面平坦化机理、大面积光/电诱导系统的设计与集成等理论问题与关键技术的系统研究，阐明约束刻蚀化学平坦化过程中的物理化学和微观力学行为以及高精度高质量表面形成机理，揭示加工条件对平坦化加工效率、面型精度和表面质量的影响规律，建立光/电诱导约束刻蚀化学平坦化工艺试验平台，为大尺寸硅片高精度无应力平坦化提供先进超精密加工理论与技术。.项目涉及机械学、化学、光学和力学等多个领域，是多学科交叉的前沿性研究项目。对于丰富超精密加工和电化学加工理论，发展先进制造技术，提高我国微电子制造技术水平具有重要的意义。

针对ULSI制造中具有低强度Cu/Low-k结构的大尺寸硅片铜互连表面平坦化难题，提出利用距离敏感刻蚀加工原理实现工件表面的无应力平坦化加工，由此发展出三种原创性的平坦化新方法：1）基于扩散控制反应的电致化学抛光方法；2）基于氧化还原聚合物膜的膜约束刻蚀抛光方法；3）基于光诱导约束刻蚀的化学抛光方法。通过对三种方法基本原理的研究，从理论和试验上证明了三种新方法的可行性，通过大面积超平滑电极和平坦化原型系统的研制，成功实现了大面积工件表面的平坦化加工。主要研究进展如下：.（1）利用约束刻蚀剂层技术实现大面积平坦化加工面临艰巨的挑战，通过凝炼、解决关键科学问题，创新发展了距离敏感的化学刻蚀原理，通过设计大面积微米量级间隙内的反应过程，可实现化学刻蚀平坦化；.（2）提出了电致化学抛光方法，开展了铜表面平坦化加工机制的研究，确定了刻蚀体系，通过大面积平滑电极制备和纳米精度运动化学刻蚀平台研制，实现了50mm区域铜工件表面的平坦化加工，PV值由260 nm下降到120 nm，粗糙度Ra值从82 nm下降到4nm；.（3）创新地提出了基于氧化还原聚合物纳米膜的电化学刻蚀平坦化方法，研究并发展了聚合物纳米膜的体系及刻蚀加工条件，实现了50mm区域铜工件表面的平坦化加工，PV值由3.95 μm下降到1.93 μm，粗糙度Ra值从2.6 nm下降到2.2 nm；.（4）提出了基于静压液浮原理的大面积微纳液膜调控方法，研制了平坦化原型系统，实现了大面积电极-工件微纳间隙的精确控制，满足了化学刻蚀平坦化的要求。.本项目获得研究成果对于丰富平坦化加工理论与技术，发展先进制造技术，提高我国超精密加工技术水平具有重要的意义。