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引言
线路背面(BEOL)铜(Cu)互联线的宽度和间距随着技术节点的每次进步而减小。了解减小的尺寸是如何影响BEOL化学机械抛光(CMP)过程是很重要的。本研究的重点是利用三类浆液配方（即氧化铝磨料、二氧化硅磨料和无磨料），利用尺寸与亚20nm技术相关的测试结构，对CuCMP进行评价。
实验
所有的CMP实验都是在直径为300mm的晶圆上进行的，使用了不同线宽的双大马士革测试结构(40nm，32nm和28nm)。除特别说明外，试验结构的衬垫材料是采用物理气相沉积(PVD)工艺沉积的TaN-Ta。为了填充铜沟槽，使用电化学镀层沉积了约4500A的铜覆盖层。Cu CMP采用浆液A、浆液B、浆液c三种不同的泥浆进行。在本研究中，对Cu线宽度/间距为40nm及以下的先进技术节点的泥浆A和B进行了评价。浆液C已用于铜线宽为40nm（或更大）的技术节点，作为记录过程(POR)。在本研究中，采用浆C作为参考工艺，以建立的基线工艺测定新的浆。
结果和讨论
衬里的选择性：覆盖层Cu和Ta薄膜的去除率见表1。所有泥浆的铜去除率都高于Ta，而泥浆A和B的铜去除率可以忽略不计。此外，在不同硬度和垫槽的抛光垫上测试了泥浆A，但在较硬垫上的铜去除率较高，但没有明显的Ta去除。这一结果突出了垫片硬度，开槽变化没有改变浆料对Ta的选择性。相比之下，在较低抛光压力下的Ta去除率也显著提高（表I）。去除率表明，浆C对Ta的选择性明显低于浆A和B。使用200A厚的CVD沉积覆盖层Co薄膜进行了类似的实验，但由于完全去除Co，无法估计去除率。由于资源的限制，无法获得超过200ACo厚度的薄膜。然而，完全去除Co膜的定性去除表明，所有泥浆的Co去除率都远高于Ta。
表 1 不同浆料对包覆Cu、Ta膜的去除率的影响
在线电气试验：对三个铜CMP工艺在屏障CMP后进行电气试验。与地形测量类似，收集浆C数据作为POR工艺条件下的参考。32nm宽Cu互连的归一化线电阻如图13所示。在1psi下，用泥浆A处理的集成晶圆的线电阻并没有随着过抛光时间的增加而增加。在1.2psi时，随着过度抛光时间的增加，线电阻会增加。电学结果与横截面STEM结果一致（图7和图8），在1psi时，互连结构随着过抛光时间的增加而稳定，但在1.2psi时观察到完全的衬里损失。相比之下，对于浆液B，在1psi和1.2psi时，随着过抛光时间的增加，线路电阻保持稳定。浆B电结果也与截面STEM结果一致，表明在所有测试条件下衬里保持稳定。
图 13 不同抛光压力和时间下的32nm宽铜互连的归一化线电阻
结论
本研究的一个重点是随着Cu互连线宽度的减少，Cu降解为线性选择性（图4、6和7）。这些结果表明，铜对线性的选择性是图案密度（即铜对线的宽度和间距）的函数。目前的研究强调了覆盖速率选择性不会转化为图案晶圆，需要将Cu中的图案密度纳入线性选择性计算，以合理地预测与先进技术节点相关的尺寸的选择性。最后，本研究的结果突出了仍然需要研究和开发的某些领域。例如，需要基本了解哪些因素控制了铜表面的曲率(可能是由于铜在Cu-Ta界面的腐蚀)，以及它如何影响最终的结构。此外，还需要开发具有证明铜对钴选择性的铜浆液配方。此外，随着尺寸的缩小，衬垫厚度也将继续减少到5纳米以下，这反过来将需要开发浆料配方，不仅可以选择替代衬垫材料，而且可以选择越来越薄的衬垫。