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ULSI多层布线钨插塞CMP粗糙度的影响因素分析
摘要：
本论文通过研究ULSI多层布线钨插塞CMP粗糙度的影响因素，并分析其对芯片性能的影响。通过实验探究不同CMP工艺中钨插塞的表面粗糙度、均匀性、尺寸精度等对芯片电气性能的影响，结合SEM、XPS、AFM等表征手段，分析CMP工艺中的关键参数，提高超大规模集成电路芯片的可靠性、稳定性和寿命。本研究结果可用于指导实际ULSI芯片生产。
关键词：ULSI；CMP；钨插塞；粗糙度；影响因素；芯片性能
Abstract:
Inthispaper,westudiethefactorsthatinfluencetheroughnessofULSImulti-layerwiringtungstenplugCMPandanalyzeitsimpactonchipperformance.Throughexperiments,weexploretheeffectofdifferentCMPprocesses'surfaceroughness,uniformity,sizeaccuracy,andotherfactorsontheelectricalperformanceofthechip.CombinedwithSEM,XPS,AFM,andothercharacterizationmethods,thekeyparametersoftheCMPprocessareanalyzedtoimprovethereliability,stability,andlifeexpectancyofULSIchips.TheresultsofthisstudycanbeusedtoguideactualULSIchipproduction.
Keywords:ULSI;CMP;tungstenplug;roughness;influencingfactors;chipperformance
1.0前言
随着微电子工艺的不断发展，人们对超大规模集成电路（ULSI）芯片的性能要求越来越高。其中，由于各种工艺原因造成的芯片表面粗糙度对芯片电气性能的影响越来越被重视。其中，CMP工艺中的钨插塞粗糙度对芯片性能的影响更为显著。
本论文以ULSI多层布线钨插塞CMP粗糙度的影响因素分析为研究内容，通过实验探讨不同CMP工艺中钨插塞的表面粗糙度、均匀性、尺寸精度等对芯片电气性能的影响。通过SEM、XPS、AFM等表征手段，分析CMP工艺中的关键参数，探索提高ULSI芯片可靠性、稳定性和寿命的方法。
2.0研究方法
2.1实验设计
2.1.1实验目的
本研究旨在探究不同CMP工艺条件下钨插塞的表面粗糙度、均匀性、尺寸精度等对芯片电气性能的影响。
2.1.2实验流程
本实验设计了5组不同CMP工艺条件，每组实验分别测量了钨插塞的表面粗糙度、均匀性、尺寸精度等参数，并测试芯片电气性能。通过对实验结果的分析，确定了CMP工艺中影响钨插塞表面粗糙度的关键因素，并优化了CMP工艺参数。
2.2实验仪器
本实验采用了以下仪器：
1.接触角计：测量表面张力和液体、固体和气体三相交界角。
2.微解剖机：用于芯片各层厚度测量和断面观察。
3.XPS：X射线光电子能谱仪，用于表面化学分析。
4.AFM：原子力显微镜，用于表面形貌分析。
5.SEM：扫描电子显微镜，用于表面形貌分析和断面观察。
6.I-V测试系统：用于测试芯片电气性能。
2.3实验样品
本实验制备了不同CMP工艺条件下的5组钨插塞。
3.0实验结果与分析
3.1钨插塞表面粗糙度
本实验通过接触角测量、原子力显微镜等手段对不同CMP工艺条件下的钨插塞表面粗糙度进行了测量和分析。结果如图1所示。
从图1中可以看出，不同CMP工艺条件下的钨插塞表面粗糙度存在较大差异。CMP工艺中的研磨时间、研磨压力、研磨液浓度等因素均会影响钨插塞表面粗糙度。同时，表面粗糙度还与插塞的材质、形状等因素有关。
3.2钨插塞均匀性
本实验通过微解剖机及SEM等手段测量了不同CMP工艺条件下钨插塞的均匀性，结果如图2所示。
从图2中可以看出，不同CMP工艺条件下钨插塞的均匀性存在明显差异。钨插塞的均匀性主要受到CMP工艺的研磨均匀性影响。过度研磨会导致钨插塞出现凸起或凹陷区域，影响芯片的电气性能。
3.3钨插塞尺寸精度
本实验通过微解剖机及SEM等手段测量了不同CMP工艺条件下钨插塞的尺寸精度，结果如图3所示。
从图3中可以看出，不同CMP工艺条件下钨插塞的尺寸精度存在明显差异。CMP工艺中的研磨时间、研磨压力等因素均会影响钨插塞的尺寸精度。尺寸精度不足会影响钨插塞的接触性能，导致芯片电气性能下降。
3.4芯片电气性能测试
本实验通过I-V测试系统测试了不同CMP工艺条件下的芯片电气性能，结果如图4所示。