磨料对铜化学机械抛光过程的影响研究

利用CP-4型抛光试验机对直径为50.8 mm、表面沉积厚530 nm的铜硅片(表面粗糙度Ra为1.42 nm)进行化学机械抛光(CMP)试验,评价了CMP过程中不同磨料作用下的摩擦系数和材料去除率;利用ZYGO表面形貌分析系统测试含不同磨料抛光液抛光后的硅片表面粗糙度;采用扫描电子显微镜分析CMP后的铜硅片表面损伤形貌.结果表明,磨料的浓度和粒径直接影响CMP过程的摩擦系数:采用5%粒径25 nm硅溶胶为抛光液时的摩擦系数低于超纯水抛光时的摩擦系数;当磨料的添加量和粒度增加时摩擦系数增大.在相同试验条件下,采用10%粒径25 nm硅溶胶抛光材料的去除率为50.7 nm/min;粒径为1μm白刚玉磨料的抛光材料去除率为246.3 nm/min;单纯磨料使铜硅片表面变得粗糙,即用10%粒径25 nm硅溶胶抛光后的表面粗糙度仍大于原始表面(Ra值达3.43 nm);在单纯磨料或超纯水为抛光液抛光下铜硅片表面出现划伤.     

纯铅化学机械抛光中工艺参数对抛光性能的影响

为获得高质量纯铅表面,采用化学机械抛光(CMP)的方法并辅以自制抛光液,研究了胶体二氧化硅抛光颗粒的形状、粒径和浓度、加载压力、抛光头与抛光盘转向和转速、抛光液流量等工艺参数对铅片表面材料去除率和粗糙度的影响.研究表明:小粒径异形(眉形)胶体二氧化硅抛光颗粒相较于大粒径球形颗粒更有利于铅片抛光,抛光颗粒的粒径和浓度对纯铅抛光性能的影响主要取决于铅片表面与胶体二氧化硅颗粒以及抛光垫表面丝绒的耦合作用关系.随着加载压力、抛光头与抛光盘转向和转速、抛光液流量的改变,铅片表面和抛光垫之间驻留的层间抛光液的厚度以及状态发生改变,从而直接影响抛光液的流动性、润滑性和分散性,以及影响抛光颗粒和化学试剂与铅片表面的机械化学作用,进而影响抛光质量和材料去除率.通过对工艺参数影响的研究和对工艺参数的优化,最终获得了表面粗糙度R_a为1.5 nm的较为理想的超光滑纯铅表面,同时材料去除率能够达到适中的380?/min.     

氧化铝抛光液对铝合金化学机械抛光性能的研究

化学机械抛光(CMP)已成为金属合金最具潜力的平坦化技术. 为了优化铝合金CMP工艺,研究了磨料粒度、分散剂浓度以及pH调节剂对铝合金CMP性能的影响. 结果表明:随着磨料粒度的增加,材料去除率(MRR)和平均表面粗糙度(R_a)均增加,而表面光泽度(G_s)降低. 分散剂(聚乙二醇,PEG-600)的质量分数达到0.5%时,可以获得最优的表面质量和最佳的光泽度. 浆料中添加适量的柠檬酸作为pH调节剂可同时获得较优的表面质量和较高的抛光效率,柠檬酸对铝合金CMP性能的影响是腐蚀作用和螯合作用的综合效应. 此外,简要讨论了氧化铝抛光液对铝合金的静态刻蚀机理和CMP机理. 氧化铝抛光液的最优配方为Al₂O₃ 3.3 μm、H₂O₂ 4%、PEG-600 0.5%和H₃Cit 1.5%.      

基于磨损行为的单晶硅片化学机械抛光界面接触形式研究

设计了3种不同的抛光液并进行一系列抛光试验,得到机械、化学及其交互作用所引起的材料去除率,分析了化学机械抛光时硅片与抛光垫之间接触形式的判别方法及其抛光机理.结果表明:化学机械抛光中的主要作用为磨粒的机械作用;材料的去除率主要为磨粒与抛光液交互作用所引起的材料去除率;硅片表面材料的去除形式主要为化学作用下的二体磨粒磨损;化学机械抛光时硅片与抛光垫之间的接触形式为实体接触.     

半导体芯片化学机械抛光过程中材料去除机理研究进展

就国内外关于集成电路芯片化学机械抛光(CMP)材料去除机理研究的现状和进展进行了评述，总结了集成电路芯片常用介电材料二氧化硅以及导电互连材料钨、铝及铜的化学机械抛光研究现状和进展，进而分析了化学机械抛光过程中化学作用同机械作用的协同效应，指出关于芯片化学机械抛光的材料去除机理尚存在争议，因此有必要在CMP研究领域引入原子力显微镜和电化学显微镜等先进分析测试设备和相关技术，以便在深入揭示CMP过程中材料去除机理的基础上，为更好地控制CMP过程和提高CMP效率提供科学依据．     

缓蚀剂在铜化学机械抛光过程中的作用研究

利用柠檬酸体系抛光液研究了苯并三氮唑(BTA)缓蚀剂对铜化学机械抛光过程和抛光效果的影响,并通过X射线光电子能谱仪、紫外可见吸收光谱仪及表面电位测试和电化学分析等手段分析了抛光液中BTA缓蚀剂在铜化学机械抛光过程中的作用机理.结果表明,当H2O2存在时,抛光液中BTA作为阳极缓蚀剂吸附在抛光表面,提高了阳极铜溶解的平衡电位,并通过缩合反应生成保护膜,减小了抛光后的表面粗糙度,提高了表面质量,同时在一定程度上增加了抛光过程中的摩擦系数.另外,BTA对SiO2抛光磨粒具有一定的吸附作用,进而对抛光效果产生一定的影响,抛光磨粒表面吸附层的存在会减小抛光过程中的摩擦系数.     

基于分子量级的化学机械抛光界面动力学模型研究

考虑抛光液/芯片的相界面氧化剂浓度和芯片氧化薄膜缺陷对材料去除机理的影响,提出化学机械抛光(CMP)中材料去除机理的量级估算方法,应用化学动力学及传质学等理论估算氧化薄膜的扩散深度量级和生成速率,采用纳米压痕仪模拟单个磨粒在芯片表面的压痕作用,应用线性回归方法分析载荷70 nN下,磨粒压入芯片的深度量级为10-11 m.结合模型估算,证实了CMP材料去除机理为单分子层去除机理.结果表明,减小氧化膜厚度可以提高材料去除率,估算结果与他人试验结果相吻合.为进一步研究CMP单分子层材料去除机理提供了理论依据.     

过氧化氢抛光液体系中钌的化学机械抛光研究

本文研究了过氧化氢(H2O2)抛光液体系中金属钌的化学机械抛光行为,采用电化学分析方法和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了氧化剂和络合剂对腐蚀效果的影响,利用原子力显微镜(AFM)观察抛光表面的微观形貌.结果表明:在过氧化氢抛光液体系中,金属钌表面钝化膜的致密度和厚度与醋酸(CH3COOH)和H2O2的浓度有关.抛光液中醋酸主要通过促进阳极反应的进行从而增强抛光液对金属钌的化学作用,CH3COOH作为络合剂比三乙醇胺(TEA)或酒石酸(C4H6O6)得到的抛光速率更高.低浓度H2O2通过增强抛光液对金属钌的化学腐蚀,抛光速率增大,较高浓度H2O2可能通过在金属表面形成较厚的氧化膜,抛光速率下降.XPS图谱说明钌片浸泡在含醋酸介质过氧化氢体系抛光液后,钌、氧原子相对含量之比约为2∶3,而且金属钌被氧化到四价和八价,这可能是因为金属钌表面生成RuO2和RuO4.抛光后的金属钌表面在5μm×5μm范围内平均粗糙度Sa由抛光前的33 nm降至6.99 nm.