获奖项目名称：

高端芯片新型互连金属化学机械抛光的腐蚀与表面调控机理

第一完成单位：

清华大学

项目联系人：

程洁

联系人电话：

18810307013

联系人邮箱：

jiecheng@cumtb.edu.cn

项目简介：

  化学机械抛光（CMP）是高效率实现晶圆表面全局和局部原子级平坦化的唯一技术，与光刻、刻蚀、薄膜技术、离子注入构成芯片的5大关键制造工艺。CMP技术是腐蚀磨损效应的典型正向应用，金属材料高效率、低缺陷、超平坦的加工质量取决于CMP过程中腐蚀与表面特性的调控。项目在国家自然科学基金重大研究计划等支持下，针对高端芯片新型互连金属化学机械抛光的腐蚀与表面调控开展应用基础研究，在金属腐蚀、异质金属界面电偶腐蚀产生机理及抑制方法，抛光后清洗方法取得重要进展，主要科学发现如下：
  1.突破了CMP过程中界面缺陷控制困难的技术瓶颈，发现了异质金属界面电偶腐蚀缺陷的产生与扩展机制，建立了应用新型复合缓蚀剂的界面缺陷抑制新策略。发现了Cu/Ru界面微观电偶腐蚀缺陷产生及扩展的阶段性特征，揭示了Cu(IO3)2∙nH2O腐蚀产物对缺陷扩展的重要影响；研发基于苯并三氮唑（BTA）-K2MoO4复合缓蚀剂抛光液能有效抑制Cu/Ru界面电偶腐蚀，解决常规BTA缓蚀剂在KIO4抛光液中的腐蚀抑制失效问题，揭示MoO42-在协同缓蚀中的作用机理。研究完善了异质金属微观电偶腐蚀基础理论体系。
  2.揭示了金属表面氧化与缓蚀作用机制，提出速率可控、原子级平坦的抛光方法。攻克了H2O2抛光液中Co表面腐蚀严重、异质材料选择性差等难题：建立Co氧化物-纳米磨蚀去除量的映射关系，构筑了K₂S₂O₈新型基础抛光液体系；发明了基于辛羟肟酸缓蚀剂的新型抛光液，揭示其界面成键行为及缓蚀机理，丰富了“有机-金属”界面缓蚀理论体系。
  3.发展了基于纳米颗粒黏附原理的CMP后清洗理论，建立高效、低缺陷的金属表面CMP后清洗工艺方法。基于DLVO理论解耦影响SiO2纳米磨料在金属表面黏附的关键因素，研发柠檬酸基Triton X-100清洗液，揭示其在铜氧化物剥离效应、增加铜表面润湿性、减少颗粒再沉积的协同作用机制，达到有效清除纳米颗粒残留、降低表面缺陷的后清洗效果。
  论文发表在Nat. Commun.、Corros. Sci.、ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊。韩国工程院院士Jin-Goo Park、欧洲科学院院士王中林、CMP世界知名专家Jihoon Seo教授等在Chemical Society Reviews、Small等期刊积极评价。项目提出的技术理论在北方集成电路技术创新中心（北京）通过测试，在国内CMP装备龙头企业华海清科股份有限公司应用，保障芯片制造供应链安全。发表论文60篇、英文专著1部，授权发明专利12项、软件著作权10项，制定国家/团体/企业标准8项，8次获国内外学术顶会奖励。成果为我国高端芯片制造技术发展提供有力支撑，丰富了金属腐蚀与防护科学内涵，促进学科交叉融合。