硬盘基板化学机械粗抛光的实验研究

针对硬盘NiP/Al基板粗抛光,采用SiO2作为抛光磨料的碱性抛光液,在不同压力、转速、pH值、磨料浓度和活性剂体积浓度下,对硬盘基板粗抛光的去除速率和表面粗糙度的变化规律进行研究,用原子力显微镜观察抛光表面的微观形貌。最后对5个关键参数进行了优化。结果表明:当压力为0.10 MPa,转速为80 rad/min,pH值为11.2,磨料与去离子水体积比为1∶0.5,表面活性剂体积浓度为9 mL/L时,硬盘基板的去除速率为27 mg/min,粗抛后表面粗糙度为0.281 nm,获得了高的去除速率和较好的表面粗糙度,这样会大大降低精抛的时间,有利于抛光效率的提高。     

半导体器件硅衬底化学机械平坦化研究

主要对分立器件硅衬底化学机械平坦化(CMP)进行了研究。首先通过正交实验方法研究活性剂、螯合剂、磨料浓度和有机碱对硅材料去除速率的影响,得出活性剂体积分数对去除速率的影响最大,并且研究出去除速率最快的抛光液的最优配比,去除速率可以达1 410nm/min。同时平坦化后的硅衬底具有良好的表面状态:表面粗糙度仅为0.469nm,表面总厚度变化小于工业标准指标5μm。在考虑工艺影响的情况下,硅衬底制造双极型晶体管的成品率达到90%以上,满足工业成品率要求。     

磷酸和酒石酸在GSI阻挡层CMP抛光液中的应用

在阻挡层的化学机械平坦化(CMP)过程中,Cu与阻挡层去除速率的一致性是保证平坦化的关键问题之一。低k介质材料的引入要求阻挡层在低压力下用弱碱性抛光液进行CMP,这给抛光液对不同材料的选择性提出了新的挑战。研究了低压2 psi,(1 psi=6.89 kPa)CMP条件下,磷酸和酒石酸作为阻挡层抛光液pH调节剂对Cu和Ta的络合作用。实验结果表明,酒石酸对Cu和Ta有一定的络合作用,能够提高它们的去除速率;磷酸能提高Ta的去除速率,而对Cu的去除有抑制作用。最终在加入磷酸浓度为2×10-2mol/L,酒石酸浓度为1×10-2mol/L,H2O2体积分数为0.3%,pH=8.5时,Cu/Ta/SiO2介质的去除速率选择比达到了1∶1∶1,去除速率约为58 nm/min;同时,磷酸和酒石酸的加入能够有效改善Cu的表面状态。     

有机胺碱对硅粗抛光及表面微形貌的影响

硅单晶抛光片是极大规模集成电路应用最广泛的衬底材料,抛光液为影响硅单晶片抛光最关键的因素。通过改变抛光液中有机胺碱配比来调节抛光液的pH值。实验结果表明:随着有机胺碱比例的不断增加,pH值随之上升,硅片的去除速率(material removal rate,MRR)先增大后减小。pH值在10.5左右时去除速率达到最大值(1706nm/min)。此时用Agilent 5600LS型原子力显微镜测得硅片表面的粗糙度为0.369nm。并用马尔文Zetasizer 3000HSA纳米粒度分析仪测定不同有机胺碱浓度下的抛光液中水溶胶磨粒粒径变化。通过对实验后晶片表面进行检测并结合去除速率综合考虑,抛光液pH值宜选择为10.5左右。抛光速率在pH值为10.3～10.6比较稳定。