极大规模集成电路平坦化工艺与材料——河北工业大学刘玉岭教授成果展示

2013-11-22

随着微电子技术进入65nm及以下技术节点，集成电路布线层数已达10层以上，布线间介质使用Low K介质，每层都必须进行化学机械抛光（CMP），使平整度达到光刻要求，需要低机械强度（1Psi以下）完成CMP，实现表面全局和局部的高平整、低粗糙度、低缺陷密度和高洁净度。多年来我国在多层铜布线以及ULSI硅衬底单晶片CMP技术专用材料方面长期受美、日控制和制约，而且目前占国际市场65%以上的酸性抛光液存在急待解决的多项技术难题，如抛光液腐蚀设备、添加有毒、副作用大的增膜剂BTA（提高凸凹选择性）引起的速率低、布线膜易脱落、抛光液粘度大、加工后难清洗等问题，所以CMP关键材料抛光液成为目前微电子技术发展中的关键材料之一。

河北工业大学刘玉岭教授立足于国际该领域亟待解决的技术难题，研究低机械强度碱性抛光液CMP机理，验证碱性抛光液对CMOS器件的性能影响，并探索其对低K介质的性能影响；检测抛光液对设备的影响并进行设备优化；研究纳米磨料SiO2水溶胶粒径控制技术；研制低机械强度CMP碱性纳米抛光液；进行CMP碱性抛光液应用示范研究；研究半导体膜–电化学清洗工艺并进行优化；探索CMP材料、工艺及半导体膜–电化学清洗方法；进行新型碱性抛光液及清洗技术检测方法的研究，得到完善的65纳米及以下技术节点的碱性抛光液CMP工艺。

创新性成果

刘玉岭教授承担的重大专项项目“极大规模集成电路平坦化工艺与材料”研制出了多层铜布线系列碱性抛光液，拥有自主知识产权，经美国硅谷技术中心、台湾平坦化协会、中芯国际（北京）等研究机构和大生产线评估测试，被确认为适于企业生产要求的新型材料，dishing、erosion、粗糙度、一致性、抛光速率、电参数等多项参数水平先进。

（1）碱性铜抛光液不含国际通用的有多种副作用的BTA，在CMP条件下对凹处铜有极好的自钝化作用，对凸处铜有很高的去除速率，具有较高的平坦化效率，可实现平坦化。

（2）碱性铜精抛液可稀释50倍，稀释倍数远高于控制国际市场的cabot、fujimi等公司的酸性抛光液（稀释9倍），精抛液对阻挡层薄膜去除量趋于0，可有效去除残余铜，保障了铜互连线之间的可靠性。

（3）阻挡层抛光液无需加入国内外必须加的氧化剂和BTA，直接使用、稳定性强，对铜速率低，能够避免Dishing进一步增大；另一方面，对铜较高的选择性，使得阻挡层抛光时，碱性阻挡层抛光液有很强的修正能力，对图形片抛光的数据表明，可使dishing减少300Å以上，成为该抛光液极有价值的特性。

产业化前景

该项目的研发成功为65nm及其以下节点碱性抛光液产业化奠定了良好基础，项目承担单位正在与国内企业及研究所合作，以求尽快实现产业化。目前国际市场需求每年100亿以上，并呈逐年上升的趋势，年增长率为5%～7%，国内市场总需求约1万吨，占世界份额5%，世界市场主要分布在美国、韩国、日本、台湾。力争尽快打开国内市场，打破高端产品完全靠进口的局面，并逐步打入国际市场。

刘玉岭教授简介

刘玉岭教授，男，博士生导师，第九、十届全国政协委员，国家有突出贡献的中青年专家，任美国电化学会亚洲分会CMP主席，“纳米电子技术”常务理事，河北工业大学微电子研究所所长，微电子学与固体电子学学科带头人，电子科学与技术博士后流动站主任，南开大学兼职教授，中航集团618研究所特聘技术专家，曾获全国高校、天津市科技先进工作者、河北高层次拔尖人才、河北省省管优秀专家、河北省十大发明家、天津市劳动模范等荣誉称号。

他先后承担和完成了30项国家、省部级重大项目，其中CMP机理模型与技术扩展应用到微电子衬底材料、蓝宝石、电子玻璃、航天制导材料研究、平面化加工等多项发明创造，取得重要研究成果。先后获国家发明奖5项，省部级科技发明与进步奖19项。拥有19项产品的知识产权和4项专有技术。

刘玉岭教授简介

刘玉岭教授，男，博士生导师，第九、十届、十一届全国政协委员，曾任中国洗净协会洗净新技术委员会理事长，美国电化学会亚洲CMP分会主席；“微纳电子技术”常务理事，海峡两岸平坦化论坛主席，国家自然科学基金会评审成员，南开大学兼职教授，河北工业大学微电子研究所所长，微电子学与固体电子学学中航集团618研究所特聘技术专家。主持国家科技中长期发展规划02重大专项前瞻性应用示范项目“集大规模集成电路平坦化工艺与材料”，化学机械超精密加工（CMP）多项参数达到或超过国际主流产品，实现了高性能、低成本；完成国家重点安全基金项目1项、国家及省部级科技支撑项目30余项、多项已实现产业化；获国家技术发明奖5项、省部级科技发明与进步奖科带头人，电子科学与技术博士后流动站主任，21项，国家科技成果重点推广计划2项，国家级新产品2项，国家发明专利44项、美国发明专利3项；发表论文200余篇，出版专著5部，培养博士后、博士、硕士研究生百余名。获国家级有突出贡献中青年专家，全国高校、天津市科技先进工作者，河北高层次拔尖人才，河北省资深省管优秀专家，河北省首届十大发明家，河北省后备院士，天津市劳动模范等荣誉称号，获全国政协第十一届五次会议优秀提案奖。