Chemical Mechanical Planarization of NiAl

Binäre Metalllegierungen mit niedriger elektrischer Widerständigkeit werden für fortschrittliche Interconnects untersucht. NiAl ist eines der Kandidatenmaterialien in der Gruppe der binären Metalllegierungen. Chemical Mechanical Planarization (CMP) ist ein bedeutender Prozess für die Metallisierung und Planarisierung von Metallen in der Herstellung integrierter Bauelemente. Diese Arbeit konzentriert sich auf den Einfluss des pH-Werts auf den CMP-Prozess von NiAl in Bezug auf Materialabtragsraten, Oberflächenrauheit (Rq) und Benetzbarkeit durch Kontaktwinkelmessungen. CMP-Experimente wurden bei pH 2 und pH 10 durchgeführt, um die Rolle saurer und alkalischer Bedingungen zu bewerten. Daher wurden viele fortschrittliche Charakterisierungstechniken wie Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), induktiv gekoppelte Plasma-Optische Emissionsspektroskopie (ICP-OES) und Kontaktwinkelmessungen verwendet. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass pH 10 die Effizienz des CMP-Prozesses erheblich erhöhte. Die Materialabtragsrate (MRR) war im Fall von pH 10 höher, und die Planarisierung wurde in relativ kürzerer Zeit erreicht als bei pH 2. Die ICP-OES-Ergebnisse zeigen, dass NiAl bei pH 10 erfolgreich planarisiert und ausgedünnt wurde, mit einer atomaren Konzentration von 55:45 (Ni:Al). Die saure Suspension (pH 2) konnte jedoch nicht zum Abtrag der NiAl-Schicht beitragen und erreichte eine atomare Konzentration von 40:60 (Ni:Al). Die Oberflächenrauheitsmessungen (Rq-Wert) zeigten eine schnellere Reduktion bei pH 10 und erreichten Werte unter 0,500 nm nach 60 Sekunden, während pH 2 eine längere Zeit benötigte, um eine ähnliche Glätte zu erreichen. Außerdem zeigte die Kontaktwinkelanalyse eine deutlich verbesserte Oberflächenbenetzbarkeit bei pH 10, die sich bei ~35° stabilisierte, verglichen mit ~40° bei pH 2. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass alkalische Bedingungen einen positiven Einfluss auf Materialabtragsraten, feinere Oberflächen und gute Hydrophilie im Vergleich zu sauren Suspensionen haben. Tenside und Komplexbildner sollen eingesetzt werden, um den gesamten Mechanismus der CMP von NiAl zu verstehen, und die Nachreinigung nach CMP muss untersucht werden, um deren Einfluss auf den CMP-Prozess von NiAl zu bewerten.