CMP承载器背压发展历程

随着集成电路(IC)技术节点越来越严苛,对晶圆的局部和全局平整度提出了越来越高的要求,化学机械抛光技术(CMP)是满足晶圆表面形貌的关键技术。承载器是C MP设备的关键部件,通过研究历代承载器的背压施加方式和区域压力控制方式对晶圆表面全局平整度的影响,发现随着技术节点的提高,承载器施加越来越多路背压且背压控制精度越来越高。因此,国产CMP设备为了满足集成电路的严格要求,其承载器必须具备施加多区域背压,且控制精度越来越高。     

承载器残余真空分析

承载器作为化学机械平坦化设备的关键部件,其性能直接决定了晶圆抛光的质量。以实验的方式,分析了承载器吸附晶圆的残余真空效应,并提出了消除残余真空的方法。     

CMP加工过程中均匀去除率的研究

半导体制造技术已经达到了亚微米技术水平,CMP(chemical mechanical planarization)化学机械抛光是IC制造工艺中进行全局平坦化唯一的途径,分析了针对大直径晶圆进行全局平坦化,达到面型精度和表面完整性的要求而采取的区域压力控制技术。     

CMP系统技术与市场

概述了CMP系统技术的发展历史、发展趋势以及在IC生产中的重要性,介绍了国外CMP设备主要制造厂家的设备型号和性能及CMP设备市场分布和需求,阐述了CMP系统技术的基础研究、关键技术和国内研究概况。     

450 mm晶圆CMP设备技术现状与展望

分析化学机械平坦化(CMP)耗材发展现状及趋势,推断450 mm晶圆的CMP设备及技术的迫切性;在此基础上,展望450 mm晶圆将会采用系统集成技术、多区域压力控制承载器技术、抛光垫修整技术、终点检测技术、后清洗技术,并初步分析以上这些技术的特点。最后指出随着晶圆制造厂激烈竞争和持续投资,对450 mm的CMP设备要求必有所突破。     

CMP工艺晶圆表面颗粒去除问题的研究

CMP之后晶圆表面颗粒数目是CMP工艺的一项关键指标。针对Si CMP之后的清洗效果,分析了晶圆表面亲疏水性、清洗液浓度方面对清洗效果的影响。结果表明通过一定浓度的清洗液清洗抛光之后晶圆能取得较好的表面颗粒数量,满足工艺需求。     

CMP/Post CMP工艺及其设备

对CMP市场、Cu-CMP、低k-CMP、STI-CMP、W-CMP和PostCMP工艺及其设备进行了论述;并介绍了CMP所要求的研磨膏和研磨垫。     

CMP抛光液供给及分布系统的研究

从整体结构及硬件设计方面介绍了小批量生产及隔膜泵系统,分析隔膜泵的工作原理,循环机理及硬件控制和驱动电路,同时指出在湿度较大的生产厂里面产生的漂移及解决措施;从整体结构分析集中式抛光液供给系统,分析其抛光液混合中心具备的温度控制、无轴承磁悬浮泵工作机理及循环机制;对比隔膜泵与无轴承磁悬浮泵对颗粒凝聚的影响,并分析这种系统适用范围。     

CLBO晶体化学机械抛光技术的研究

介绍了硼酸锂铯(CLBO)晶体的应用前景及在化学机械抛光过程中存在的问题,简要分析了晶体在常温下开裂的机理,选用无水溶剂对晶体进行化学机械抛光以防止加工过程中晶体的潮解开裂。分析了抛光液、压力、温度、pH值参数对抛光过程的影响,通过合适配比使速率可达1.5～2μm/min,且表面质量较好。     

Mg-Al合金化学机械抛光中表面状态的研究

化学机械抛光(CMP)可以获得高精度、低表面粗糙度和无损伤工件表面,并可实现全局平坦化。将CMP技术拓展到Mg-Al合金表面加工中,研究了Mg-Al合金化学机械抛光机理,分析了Mg-Al合金化学机械抛光中pH值、压力、流量、转速等参数对Mg-Al合金表面状态的影响。结果表明,当pH值为11.20,压力为0.06MPa,流量200mL/min,转速60r/min,用Olympus显微镜观察Mg-Al合金表面状态良好。这一结果为进一步采用化学机械抛光法加工Mg-Al合金奠定了基础。     

铝合金CMP技术分析研究

阐明了金属化学机械抛光的机理,同时介绍了铝合金化学机械抛光过程中存在的问题,并提出采用碱性抛光液进行实验;分析了抛光液、压力、温度、pH值参数、FA/OⅠ型活性剂对LY12铝合金圆薄片抛光过程的影响。实验表明,pH值在10.1～10.3、温度控制在25～30℃、压力0.06 MPa下有利于铝合金表面完美化。在抛光后期采用单一表面活性剂溶液并且无压力自重条件下抛光,可以获得更为理想的合金表面。     

低压力Cu布线CMP速率的研究

采用低介电常数材料(低k介质)作为Cu布线中的介质层,已经成为集成电路技术发展的必然趋势.由于低k介质的低耐压性,加工的机械强度必须降低,这对传统化学机械抛光(CMP)工艺提出了挑战.通过对CMP过程的机理分析,提出了影响低机械强度下Cu布线CMP速率的主要因素,详细分析了CMP过程中磨料体积分数、氧化剂体积分数、FA/O螯合剂体积分数等参数对去除速率的影响.在4.33 kPa的低压下通过实验得出,在磨料体积分数为20%,氧化剂体积分数为3%,FA/O螯合剂体积分数为1.5%时可以获得最佳的去除速率及良好的速率一致性.     

镁合金抛光机理与CMP工艺研究

将化学机械抛光(CMP)技术引入到镁合金片(MB2)的抛光中,打破过去镁合金以单一化学或机械加工为主的加工手段,用自制的抛光液对镁合金片进行抛光实验。结果发现,抛光液中加入双氧水易产生胶体,不利于抛光的进行,因此提出无氧化剂SiO2碱性抛光。同时分析了镁合金的抛光机理,抛光中压力、转速和抛光液流量参数对抛光过程的影响,利用Olympus显微镜对抛光前后镁合金表面进行观察,通过合理控制工艺参数,能够得到较佳的镁合金抛光表面,远优于单一的机械加工,为镁合金抛光工艺和进一步研究抛光液的配比奠定了基础。     

Analysis of flow between a wafer and pad during CMP processes

In this paper, we summarize the development of a numerical model for the chemical mechanical planarization (CMP) process and experimentally investigate the effects of pad conditioning on slurry transport and mixing. A simplified two-dimensional numerical model of slurry flow beneath a stationary wafer was developed to determine the pressure and shear stress beneath a wafer. The initial results indicate that in the hydrodynamic regime a positive upward pressure is exerted on the wafer. We also examined three cases to study pad effects on slurry transport; polishing with an Embossed Politex pad, an unconditioned IC1000 pad, and a conditioned IC1000 pad. Cab-O-Sperse SC1 slurry was used in a 1:1.5 dilution with water. Mixing data show that conditioning has a negligible effect on the rate of slurry entrainment and mixing; however, conditioning has a large effect on the thickness of the slurry layer between the wafer and pad. Conditioning was found to increase the slurry thickness by a factor of two. In addition the gradients in slurry age beneath the wafer were compared among the three cases. The IC1000 pads supported a gradient in the inner third of the wafer only, while the Embossed Politex pad showed a linear gradient across the wafer implying it retains pockets of unmixed slurry in the embossed topography.     

抛光液各组分在SiO_2介质CMP中的作用机理分析

介绍了超大规模集成电路中SiO2介质的化学机械抛光机理及抛光液在化学机械抛光中扮演的重要角色。通过单因素实验法,在低压力的实验环境下,着重分析了抛光液中表面活性剂、pH值调节剂、纳米磨料等成分在SiO2介质化学机械抛光中的具体作用及影响机理。最终得出,最优化的实验配比,即当表面活性剂的浓度为30mol/L,pH值为11.30,硅溶胶与去离子水的体积比为2:1时,在保证较低表面粗糙度的同时得到了较高的抛光速率476nm/min。     

W-Mo合金表面超精密加工的CMP技术研究

阐述了金属化学机械抛光的机理。将半导体制造工艺中的nm级平坦化技术、化学机械抛光技术拓展并应用到W-Mo合金工艺中,在实现精密物理材料表面高平坦度、低粗糙度的前提下,提高W-Mo合金去除速率。采用碱性抛光液进行实验,确定了抛光液的成分;分析了W-Mo合金化学机械抛光中压力、流量、转速、pH值、活性剂等参数对W-Mo合金的影响。实验表明,实现W-Mo合金表面超精密抛光的最佳条件为:压力0.06MPa,流速160mL/min,转速60r/min,pH值10.1~10.3。     

CMP后清洗技术发展历程

从80年代开始,结合当时最具代表性的CMP设备,分析当时的后清洗技术,如：多槽浸泡式化学湿法清洗、在线清洗、200mm集成清洗、300mm集成清洗及20nm以下的CMP后清洗趋势,每种后清洗技术都结合CMP设备明确分析其技术特色,优点和缺陷。全面阐述CMP工业界的后清洗发展历程。