抛光压力和抛光垫硬度对PMMA-CeO_2核壳复合磨粒抛光性能的影响（英文）

磨粒结构在化学机械抛光(CMP)过程中发挥重要作用。利用化学沉积技术在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面嫁接氧化铈(CeO_2)纳米粒子,得到了核壳结构的PMMA-CeO_2复合颗粒。借助X射线衍射、傅里叶转换红外光谱、场发射扫描电镜、透射电镜和选区电子衍射等手段对样品结构进行表征。结果表明,硝酸铈用量对CeO_2复合颗粒的壳层厚度及均匀性具有明显影响。以氧化硅片作为加工对象,利用原子力显微镜对比了PMMA-CeO_2复合磨粒与商用CeO_2纳米粒子的抛光特性,发现所得复合磨粒有助于消除划痕和改善表面质量。且随着抛光垫硬度的降低和抛光压力的减小,抛光表面粗糙度和轮廓起伏均随之降低。本文旨在为通过优化工艺参数提高复合磨粒的抛光效果提供实验和理论依据。     

柠檬酸对CeO2磨料分散稳定性及抛光性能的影响

采用柠檬酸作为pH调节剂和分散剂,针对CeO₂磨料水溶液的分散性差以及浅沟槽隔离(STI)化学机械抛光(CMP)过程中正硅酸乙酯(TEOS)/氮化硅(Si₃N₄)的去除速率选择性难以控制的问题进行了研究。分散实验结果表明,由于柠檬酸可以结合在CeO₂颗粒表面从而极大提高了CeO₂磨料的空间位阻,CeO₂溶液的分散稳定性得到提升,因此,与酒石酸、硝酸和磷酸相比,在CeO₂溶液中使用柠檬酸作为pH调节剂,可以使CeO₂磨料具有更小的粒径和较低的分散度以及使CeO₂溶液具有较高绝对值的Zeta电位。抛光实验结果表明,柠檬酸可以极大抑制Si₃N₄的去除速率,且对TEOS的去除速率影响较小,因此,使用柠檬酸作为pH调节剂和分散剂能实现TEOS/Si₃N₄的高去除速率选择比。同时抛光后TEOS和Si₃N₄薄膜具有良好的表面形貌和低的表面粗糙度。     

复合磨料的制备及其对层间介质CMP性能的影响

以SiO₂为内核、CeO₂为外壳制备出了核壳结构复合磨料,用以提升集成电路层间介质的去除速率及表面一致性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合磨料的表面形貌,利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析复合磨料的表面物相结构及化学键组成。研究结果表明,所制备的复合磨料呈现出“荔枝”形,平均粒径为70～90 nm, CeO₂粒子主要以Si—O—Ce键与SiO₂内核结合。将所制备的复合磨料配置成抛光液进行层间介质化学机械抛光(CMP)实验。实验结果表明,Zeta电位随着pH值的降低而升高,当pH值约为6.8时达到复合磨料的等电点。当pH值为3时,层间介质去除速率达到最大,为481.6 nm/min。此外,研究发现去除速率还与摩擦力和温度有关,CMP后的SiO₂晶圆均方根表面粗糙度为0.287 nm。     

STI CMP中SiO2/CeO2混合磨料对SiO2介质层CMP性能的影响

为了在浅沟槽隔离(STI)化学机械平坦化(CMP)过程中提高对SiO₂介质层去除速率的同时保持晶圆表面一致性,研究了SiO₂/CeO₂混合磨料的协同作用以及对SiO₂介质层去除速率及一致性的影响。结果显示,相比于单一磨料,采用混合磨料能够兼顾介质去除速率和一致性。采用质量分数10%SiO₂(粒径为80 nm)与质量分数0.7%CeO₂磨料混合抛光后,对介质层的去除速率达到347 nm/min,片内非均匀性(WIWNU)为9.38%。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察颗粒状态发现,晶圆表面吸附大量的SiO₂颗粒会阻碍CeO₂磨料与晶圆表面接触,从而降低对晶圆中心的去除速率,使化学作用更均匀。通过将小粒径SiO₂磨料(40 nm)与CeO₂磨料混合,使介质层去除速率进一步提升至374 nm/min, WIWNU降低到8.83%,用原子力显微镜(AFM)表征抛光后晶圆...     

SiO2/CeO2混合磨料对硅CMP效果影响

以获得高去除速率和低表面粗糙度为目标,建立了基于纳米氧化铈-硅溶胶复配混合磨料新模式。采用小粒径、低分散度的30 nm氧化铈-硅溶胶复配混合作为磨料,利用氧化铈对硅片表面化学反应产物硅酸胺盐的强络合作用,加快了硅衬底表面化学反应进程。分析了复合磨料抛光的机理,通过Aglient 5600LS原子力显微镜,测试了抛光前后的厚度及抛光后的硅片表面微粗糙度。实验结果表明,复合磨料抛光后硅片表面在10μm×10μm范围内粗糙度方均根值0.361 nm,表面微粗糙度降低16%以上,去除率为1 680 nm/min,硅CMP速率提高8%以上,实现了高去除速率、低表面粗糙度的硅单晶抛光。     

抛光工艺参数对高纯氧化铝陶瓷基材抛光效果的影响

高纯氧化铝陶瓷基材广泛应用于精密电阻、微波集成电路等高端领域。为了获得具有超高平整度、纳米级表面质量的高纯氧化铝陶瓷基材，采用机械抛光(精研)与化学机械抛光(CMP)(精抛)相结合的工艺路线，系统研究了精研过程中的压力、转速、磨料的粒径、抛光液流速及CMP过程中的抛光压力、转速等工艺参数对抛光效果的影响。结果表明，精研压力为588 N,上、下研磨盘转速分别为45和50 r/min,多晶金刚石研磨液的粒径为1μm,磨料添加速率为1.5 mL/min,精研时长达到2.5 h时，陶瓷基材即可达到抛光工序的表面质量要求。抛光压力为588 N,上、下研磨盘转速分别为20和25 r/min,硅溶胶抛光液粒径为80 nm,抛光2 h时，高纯氧化铝陶瓷基材的表面粗糙度可达到纳米级别。     

阴/非离子型表面活性剂对CMP后SiO2颗粒的去除效果

为了更有效地去除铜晶圆化学机械抛光(CMP)后清洗残留的SiO₂颗粒,选择了2种阴离子型表面活性剂(SLS、TD-40)和2种非离子型表面活性剂(AEO-5、JFC-6),通过接触角、表面张力、电化学、分子动力学模拟实验探究了4种表面活性剂在铜表面的润湿性、吸附构型及吸附稳定性。通过优化表面活性剂质量浓度,选择达到吸附稳定时的质量浓度配置4种表面活性剂来清洗铜晶圆,利用扫描电子显微镜观测铜表面形貌,对比它们的清洗效果。随后选择TD-40和JFC-6进行复配,研究复配后表面活性剂对硅溶胶颗粒的去除效果。实验结果表明,使用体积比为2∶1的TD-40与JFC-6进行复配得到的CMP清洗液对SiO₂颗粒的去除效果比单一表面活性剂的更好。     

不同磨料对蓝宝石CMP的影响

在化学机械抛光(CMP)系统中,磨料是决定去除速率和表面状态的重要因素。在单一磨料下进行了单因素实验,在不同的压力、转速、流量和温度下对比了SiO2磨料和Al2O3磨料对蓝宝石去除速率及表面状态的影响;同时也探究了混合磨料对蓝宝石去除速率的影响。研究表明,在单一磨料的CMP实验中,当压力为4 psi(1 psi=6 894.76 Pa)、转速为80 r/min、流量为70 mL/min和温度为35℃时,SiO2磨料对蓝宝石的去除速率高,表面状态好;在混合磨料的CMP实验中,和单一的SiO2磨料相比,Al2O3/SiO2混合磨料对蓝宝石的去除速率要低很多,而SiO2/CeO2混合磨料的去除速率要比单一SiO2磨料的略高一些。     

聚甲基丙烯酸对STI CMP中SiO2和Si3N4去除速率选择比的影响

在浅沟槽隔离(STI)化学机械抛光(CMP)中,需要保证极低的Si₃N₄去除速率,以及相对较高的SiO₂去除速率,并且要达到SiO₂与Si₃N₄的去除速率选择比大于30的要求。在CeO₂磨料质量分数为0.25%,抛光液pH=4的前提下,研究了聚甲基丙烯酸(PMAA)对SiO₂与Si₃N₄去除速率以及二者去除速率选择比的影响,分析了PMAA在影响SiO₂与Si₃N₄去除速率过程中的作用机理。结果表明,PMAA的加入可以降低SiO₂与Si₃N₄的去除速率,当PMAA的质量分数为120×10^-6时,SiO₂和Si₃N₄的去除速率分别为185.4 nm/min和...     

抛光工艺对硅片表面Haze值的影响

随着超大规模集成电路的快速发展,硅片表面的Haze值对于现代半导体器件工艺的影响也越来越受到人们的重视.通过实验研究了精抛光工艺参数对硅片表面Haze值的影响规律.结果表明,随着抛光时间的延长,硅的去除量逐渐增大,硅片表面Haze值逐渐降低;同时抛光过程中机械作用与化学作用的协同作用对Haze值也有较大影响.随着抛光液温度的降低与抛光液体积流量的减小,化学作用减弱,硅片表面Haze值逐渐减小.而随着抛光压力的增大,机械作用逐渐起主导作用,硅片表面Haze值逐渐降低.但当Haze值降低到某一数值后,随着硅去除量的增大、抛光液温度的下降、抛光液体积流量的降低、抛光压力的增大,硅片表面的Haze值基本保持不变.     

CMP抛光垫表面及材料特性对抛光效果影响的研究进展

对化学机械抛光(CMP)工艺中的抛光垫特性、劣化以及修整进行了简单阐述,重点先从抛光垫表面特性(抛光垫表面微形貌、微孔及抛光垫的结构、表面沟槽纹理的形状、微凸体的分布)和材质特性(硬度、弹性模量和化学性能)入手,对近年来国内外的实验研究与理论模拟分析两方面进行了概括,总结了目前各个特性参数对抛光垫性能以及对CMP过程影响的进展,此外,从机械磨损和化学腐蚀两方面对抛光垫的劣化机理进行简要分析。随后,为进一步探究抛光垫修整对抛光性能影响,对抛光垫的两种修整方式和修整参数对修整的效果进行了归纳,介绍了几种新型自修整材料。最后,指出了抛光垫特性和修整在发展现状中存在的问题,未来抛光垫的发展趋势将逐渐走向创新化、智能化、理论化以及应用集成化。     

复配表面活性剂对新型阻挡层抛光液抛光性能的影响

针对新型阻挡层抛光液存在Cu和正硅酸乙酯(TEOS)抛光速率一致性差、运输贮存过程中细菌滋生造成抛光表面缺陷的问题,选取脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)非离子表面活性剂和作为杀菌剂的阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵(DDBAC),通过复配2种表面活性剂研究其对Cu和TEOS抛光速率一致性以及杀菌效果的影响,并阐述相关的影响机制。实验结果表明：Cu和TEOS抛光速率随着复配表面活性剂体积分数的增加而降低,复配表面活性剂主要控制测量点到晶圆中心的距离为70～150 mm区域内的铜抛光速率,对于TEOS,复配表面活性剂主要控制0～70 mm区域内的铜抛光速率;复配表面活性剂体积分数的增加可同时提高Cu和TEOS抛光速率一致性,但高体积分数复配表面活性剂可造成表面划伤;DDBAC作为非氧化性的杀菌剂,具有较强的抗菌抑菌能力,可通过改变细菌膜通透性,使细菌裂解死亡,杀菌效果显著。     

CMP抛光设备底座系统的模态仿真分析

设计了一种化学机械抛光设备(CMP)的底座系统,主要包括地脚、方钢管、大铝板等。针对CMP设备在使用中存在的噪声偏大,高转速下的电机转动引起的共振影响晶圆抛光质量问题,通过MSC Patran分析软件,对CMP的主要部件——底座系统,进行了振动模态分析,并在此基础上进行了以改变基频为目标的结构优化设计。     

碱性抛光液中纳米SiO_2磨料在Cu CMP中的作用

GLSI多层铜互连线的平坦化中,抛光液中的SiO2磨料对铜的平坦化效率具有重要的作用。研究了碱性纳米SiO2质量分数对300 mm铜去除速率和300 mm铜布线平坦化作用的影响。结果表明,随着磨料质量分数的增大,铜的去除速率增大,晶圆的均匀性变好,但磨料质量分数过高时,铜的去除速率略有降低,可能由于纳米SiO2表面硅羟基吸附在金属铜表面,导致质量传递作用变弱,引起速率降低。通过对图形片平坦化实验研究表明,随着磨料质量分数的增大,平坦化能力增强,这是因为磨料的质量分数增大使得高低速率差增大,能够有效消除高低差,实现平坦化。     

硅衬底CMP过程中抛光雾的控制

抛光雾(Haze)是硅晶圆精抛过程中表面质量评定的重要参数之一.主要研究了化学机械抛光(CMP)过程中抛光液磨料质量分数、pH值、FA/O型非离子表面活性剂和混合表面活性剂对Haze值的影响.实验结果显示,磨料质量分数为0.1％是影响Haze值变化的拐点.当磨料质量分数由2％降至0.1％时Haze值下降迅速;当磨料质量分数由0.1％降至0.01％乃至0％时Haze值稍有增加.抛光液pH值约为9.5时Haze值最低,硅片表面质量最好,在此基础上提高或降低pH值都会增加Haze值.随着非离子表面活性剂体积分数的增加,Haze值快速下降.渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)和FA/O型非离子表面活性剂混合使用比单独使用其中任何一种更有利于降低Haze值,且当JFC与FA/O的体积比为3∶1时,Haze值降到0.034,满足了工业生产的要求.     

纳米级三氧化二铝对碱性钨抛光液的影响

研究了纳米级三氧化二铝颗粒的加入对以二氧化硅为磨料的碱性钨抛光液的影响。首先用单一因素法分析了三氧化二铝与二氧化硅质量比对原有碱性钨抛光液的去除速率的影响,以及氧化剂体积分数和pH值对抛光液去除速率的影响,取最优值,然后对添加三氧化二铝抛光液抛光后晶圆表面粗糙度进行了测试分析。实验结果显示在三氧化二铝与二氧化硅质量比为1∶2,二氧化硅水溶胶与去离子水体积比为1∶1,氧化剂体积分数为2%,pH值为9时,去除速率达到175 nm/min,较原有碱性钨抛光液提高约1倍,表面粗糙度为2.24 nm,能满足实际生产要求。     

激光剥离GaN表面的抛光技术

激光剥离(LLO)技术是研制新型氮化镓(GaN)基谐振腔结构光电子器件的关键技术。然而LLO后的GaN表面往往具有较大的粗糙度,而制作谐振腔结构器件需要很高的表面平整度,因此需要对LLO后的GaN表面进行抛光。分别采用金刚石粉抛光液和胶粒二氧化硅抛光液进行机械抛光和化学机械抛光(CMP),并对比了两种方法获得的抛光结果,研究发现前者会在抛光后的GaN表面引入划痕,而采用后者可以得到亚纳米级平整度的表面。进一步的实验结果表明,胶粒二氧化硅抛光液同样适用于图形化衬底外延片激光剥离后的GaN表面抛光。     

抛光液中各组分对Co CMP性能的影响

钴(Co)的化学机械抛光(CMP)要求有较高的去除速率(大于100 nm/min)和洁净平整的表面。采用新型弱碱性抛光液,研究不同成分(如过氧化氢(H₂O₂)、1,2,4-三氮唑(TAZ)、异辛醇聚氧乙烯醚(JFCE))对Co CMP性能的影响。结果表明,抛光液中H₂O₂体积分数为0.4%、pH值为8、甘氨酸(GLY)浓度为0.266 mol/L时,Co的去除速率最大,为763.53 nm/min。为了缓解Co表面的化学腐蚀,加入0.022 mol/L的TAZ作为抑制剂和体积分数为1.3%的JFCE作为表面活性剂后,Co的去除速率得到有效抑制,为489.74 nm/min。对抛光前后的Co表面进行原子力显微镜(AFM)测试,结果表明,Co表面湿润性增加,表面粗糙度明显下降。研究结果对Co布线的工业应用具有一定的指导意义。     

阻挡层CMP中表面活性剂对抛光效果的影响

研究了阻挡层在化学机械抛光过程中表面活性剂的作用。利用5种活性剂体积分数不同的抛光液对3英寸(1英寸=2.54 cm)Cu/Ta/SiO2光片进行抛光。通过抛光前后质量变化可得各晶圆片的抛光速率,再对12英寸布线晶圆片进行抛光,利用台阶仪测量抛光前后碟形坑大小的变化,最后利用原子力显微镜对抛光后布线晶圆片的表面形貌进行测试。研究表明抛光液中活性剂体积分数不同会引起抛光速率的变化,也会影响碟形坑的修正效果。当抛光液中活性剂体积分数达到2.0%时,修正值达到85.6 nm/min,优于其他活性剂体积分数时的修正值。另外,活性剂体积分数的增加有助于降低抛光后晶圆表面的粗糙度。活性剂体积分数小于3.0%时,粗糙度随着活性剂体积分数的增加而降低。这一发现可以对配制抛光液时活性剂体积分数的确定起到一定的参考作用。     

CMP抛光液对TiO2薄膜表面粗糙度的影响

采用自主配制的碱性抛光液对TiO2薄膜进行了化学机械抛光(CMP),研究了在TiO2薄膜CMP加工过程中,碱性抛光液中的SiO2磨料、螯合剂、表面活性剂的体积分数和抛光液pH值对TiO2薄膜表面粗糙度的影响,并进行了参数优化。实验结果表明,在一定的抛光条件下,选用SiO2磨料体积分数为20%、螯合剂体积分数为1.0%、非离子表面活性剂体积分数为5.0%和pH值为9.0的碱性抛光液,抛光后TiO2薄膜表面没有划痕等抛光缺陷,表面粗糙度为0.308 nm,TiO2薄膜去除速率为24 nm/min,在保证抛光速率的同时降低了TiO2薄膜表面粗糙度,满足工业化生产要求。