低k材料的化学机械抛光研究
周国安，种宝春
(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 101601)
摘 要：阐述了低k材料在IC电路中的作用及其性质，以SiO2、SiOF、SiOCSP、SiOCNSP、SiOCSO五种材料为研究对象，分析了低k材料与Cu互连工艺的相互联系和作用。在Sikder和Kumar提供的声发射信号(AE)的在线监测图的基础上比较和分析了五种材料的硬度和模数值；根据Preston方程绘制九点测量数据图，发现前三种材料可满足抛光机理，而后两种的抛光行为更倾向于表面反应；根据五种材料抛光前后的实验数据表面形态图表，判断出抛光后材料粗糙度的走向。最后指出低k材料需要发展和完善的工艺及对抛光设备的进一步要求。
关键词：化学机械抛光；声发射信号在线检测；普莱斯顿方程；低k材料；表面形貌
中图分类号：TN305.2 文献标识码：A 文章编号：1671-4776(2008)05-0293-05
Study on CMP of Low-k Materials
Zhou Guoan，Chong Baochun
(The 45th Research Institute，CETC，Beijing 101601，China)
Abstract：The role and characterizations of low-k materials in IC circuits were introduced，and the interrelation between copper and low-k materials were analyzed to identify five materials including SiO2，SiOF，SiOCSP，SiOCNSP，SiOCSO as study objects．Based on AE test online provided by Sikder and Kumar，the hardness and modulus of five materials were compared and analyzed．It is found that the first three materials suit polishing mechanism and the other materials tend to surface reaction by Preston's equation．Based on the experimental data of the unpolished and polished materials，a table of surface morphology results was formed，which could judge a similar trend of polished roughness．The technologies to be improved and further demands for polishing equipements were presented．
Key words：chemical—mechanical polishing(CMP)；acoustic emission—signal(AE)；Preston's equation；low-k material；atomic force microscopy(AFM)
PACC：8160C
0 引言
随着半导体微型化技术的发展，使高速、高集成度、低功耗及低成本特性ULSI得以大量生产。减小内连导线的线宽与增加导线的数目，已成为半导体行业发展的瓶颈。随着导线宽度的减小，使导线架构中的R和C产生寄生效应，导致严重的RC传输延迟和线路间的干扰，成为电路信号传输速度受限的主要因素。引入Cu导线降低电阻值，采用低k材料降低寄生电容值是减少功耗、提高电路传输速率的有效方法。
低k材料应该具有以下性质：(1)良好的热稳定性和低热膨胀系数以避免热处理过程中薄膜的损害和性质改变；(2)有效介质堆垛层(介质、覆盖层、阻挡层)的志值应低于3.0；(3)良好的支撑能力以满足CMP工艺条件；(4)良好的抗腐蚀和剥离能力；(5)良好的机械强度以避免CMP中的分层；(6)商用价值和低成本。
低k材料是把SiO2作为基本结构，再把O原子的一部分用F、H、甲基等进行置换。这些材料的特点为k值低，但是绝大多数材料的强度、电学性能、机械性能等远达不到IC应用的要求。目前应用潜力较大的低k材料主要有SiOF、SiOCSP、SiOCNSP、SiOCSO，对这些材料的分析研究十分必要。
