基于正交实验法的Cu/Ta/TEOS碱性抛光液的优化

研究了碱性阻挡层抛光液中各组分对Cu、Ta和正硅酸乙酯(TEOS)去除速率的影响。通过单因素实验分别考察了磨料、FA/OⅡ螯合剂、KNO3和FA/OⅡ表面活性剂质量分数和H2O2体积分数对Cu、Ta和TEOS去除速率的影响,再结合正交实验研发了磨料质量分数为20%、FA/OⅡ螯合剂质量分数为2%、H2O2体积分数为0.1%,KNO3质量分数为1.5%、FA/OⅡ表面活性剂质量分数为2%的碱性阻挡层抛光液,该抛光液的Cu、Ta和TEOS的去除速率选择比为1∶1.47∶1.65。对4片12英寸(1英寸=2.54 cm)65 nm铜互连图形片的M4层进行阻挡层抛光,结果显示,铜沟槽内剩余铜膜厚度约为300 nm (目标值),图形片表面缺陷数目在10颗左右,碟形坑和蚀坑深度分别由52.3 nm和40 nm降至19.9 nm和18.4 nm,铜的表面粗糙度由4.4 nm降至1.9 nm。     

FA/O碱性清洗液对GLSI多层Cu布线粗糙度的优化

采用自主研发的FA/O碱性清洗液对多层Cu布线表面粗糙度进行优化。通过改变清洗液中螯合剂与活性剂的体积分数,做单因素实验,得到最佳配比。利用原子力显微镜观察布线片表面清洗前后粗糙度的变化,电化学测试仪测试各种清洗液对晶圆表面的腐蚀情况。通过对比实验得出当FA/O碱性清洗液中FA/O II螯合剂体积分数为0.015%,O-20活性剂体积分数为0.15%时,表面粗糙度值最小为1.39 nm,而且表面和界面均没有腐蚀。     

优化CMP碱性铜抛光液配比的新方法

采用响应曲面法(RSM)和人工神经网络(ANN)分别对化学机械抛光(CMP)碱性铜抛光液的主要成分(SiO2磨料、FA/O型螯合剂、H2O2氧化剂)进行优化研究.采用RSM优化,当抛光液中磨料、氧化剂和FA/O型螯合剂的体积分数分别为10.57％,1.52％和2.196％时,Cu的抛光速率的预测值和实测值分别为924.29和908.96 nm/min;采用ANN结合人工蜂群算法(ABC)优化,当抛光液中磨料、氧化剂和FA/O型螯合剂的体积分数分别为11.58％,1.467％和2.313％时,Cu的抛光速率的预测值和实测值分别为947.58和943.67 nm/min,其拟合度为99.36％,高于RSM的94.63％,且均方根误差较低为0.199 3.结果表明,在抛光液配比优化方面,RSM和ANN都是可行的,但后者比前者具有更好的拟合度和预测准确度,为更加高效科学地优化抛光液配比提供了一种新的思路和方法.     

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.     

各组分体积分数对碱性抛光液存储时间的影响

主要研究了碱性抛光液各组分体积分数对其有效存储时间的影响。实验中每隔两个月测试了抛光液的pH值、平均粒径和Cu膜去除速率等参数随存储时间的变化值。研究表明:FA/O螯合剂体积分数是影响抛光液有效存储时间的主要因素,螯合剂体积分数越高抛光液的有效存储时间越短。在FA/O螯合剂体积分数较低时(8%),Cu布线碱性抛光液的有效存储时间在半年以上,基本能够符合产业化要求。SiO2磨料体积分数和非离子型表面活性剂体积分数是影响碱性抛光液有效存储时间的次要因素,对其有效存储时间影响不明显。     

碱性铜抛光液在CMP工艺中的性能评估

研究了一种碱性铜抛光液,其基本组分是硅溶胶磨料、新型FA/O V型螯合剂、非离子表面活性剂和氧化剂(H2O2)。在压力为2 psi(1 psi=6.895 kPa)、抛头转速与抛盘转速分别为97和103 r/min、流量为300 mL/min的条件下,分析了铜膜去除速率随着螯合剂和氧化剂体积分数增加的作用规律。结果表明,加入体积分数2%的螯合剂和体积分数3%的氧化剂时,抛光液具有较好的自钝化能力和较高的铜膜去除速率。同时,研究了工艺参数在抛光过程中对去除速率和片内非均匀性(WIWNU)的影响,平坦化实验的抛光工艺选择压力1.5 psi、抛头和抛盘转速分别为87和93 r/min、流量300 mL/min。实验结果表明:此种抛光液在上述工艺条件下,抛光结束时剩余高低差为63.7 nm,具有较好的平坦化效果,对抛光液商业化提供了参考价值。     

高稀释倍数碱性铜精抛液在Cu CMP中的应用

采用自制的不含常用的腐蚀抑制剂(BTA)碱性铜精抛液对铜和钽进行了化学机械抛光。研究了高稀释倍数(50倍)的精抛液对铜膜的静态腐蚀速率和抛光速率以及钽抛光速率的影响,并对65 nm技术节点的300 mm单层铜布线片进行了平坦化研究。结果表明,铜膜的静态腐蚀速率为1.5 nm/min,动态抛光速率为206.9 nm/min,阻挡层Ta/TaN抛光速率仅为0.4 nm/min,Cu/Ta选择比高。此精抛液能够有效去除残余铜,进一步过抛完全去除残余铜时,对阻挡层的去除速率趋于0,而沟槽里的铜布线去除量低,碟形坑和蚀坑大小满足实际平坦化要求。此精抛液可满足65 nm技术节点平坦化的要求。     

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.     

CMP工艺对Co/Cu去除速率及速率选择比的影响研究

化学机械抛光(CMP)工艺中,选用了固定的抛光液组分,即3%体积百分比的FA/O型螯合剂、3%体积百分比的FA/O I型非离子表面活性剂、5% SiO₂。首先研究了不同抛光工艺参数,包括抛光压力、抛光头/抛光盘转速、抛光液流量等,对Co/Cu去除速率及选择比的作用机理。然后采用4因素、3水平的正交试验方法对抛光工艺进行优化实验,得到了较佳的工艺参数。在抛光压力为13.79 kPa、抛光头/抛光盘转速为87/93 r/min、抛光液流速为300 mL/min的条件下,Co/Cu的去除速率选择比为3.26,Co和Cu的粗糙度分别为2.01 、1.64 nm。     

新型碱性阻挡层抛光液的研究(英文)

为了达到Ta的高去除速率,通过实验改变碱性阻挡层抛光液中各组分的体积分数,研究各组分变化对阻挡层材料Cu和Ta抛光速率的影响。碱性阻挡层抛光液中,首先确定磨料及去离子水的比例,然后再改变盐酸胍和螯合剂等组分体积分数,得到Cu和Ta抛光速率的变化规律,便于选取此条件下阻挡层抛光液最佳配比。通过各种测试手段表征抛光液对12英寸(1英寸=2.54 cm)布线片碟形坑修正能力及铜布线表面粗糙度的影响。结果表明,Ta和Cu材料的抛光速率随各组分变化规律明显,当磨料体积分数为30%、盐酸胍体积分数为3%以及螯合剂体积分数为1%时,可以达到Ta和Cu的最大抛光速率差。优化后的新型阻挡层抛光液1 min内可以实现碟形坑的有效修正及粗糙度的明显降低。     

硅晶片双面超精密化学机械抛光

为提高硅晶片双面超精密抛光的抛光速率，在分析双抛工艺过程基础上，采用自制大粒径二氧化硅胶体磨料配制了SIMIT8030-I型新型纳米抛光液，在双垫双抛机台上进行抛光实验. 抛光液、抛光前后厚度、平坦性能及粗糙度通过SEM、ADE-9520型晶片表面测试仪、AFM进行了表征. 结果表明：与进口抛光液Nalco2350相比，SIMIT8030-I型抛光液不仅提高抛光速率40% (14μm/h vs 10μm/h) ；而且表面平坦性TTV和TIR得到改善；表面粗糙度由0.4728nm降至0.2874nm，即提高抛光速率同时显著改善了抛光表面平坦性和粗糙度.     

弱碱性抛光液中FA/O 螯合剂和H2O2对Ru CMP的影响研究

Ru作为一种新型阻挡层材料已经应用到了先进的集成电路生产中。但由于金属钌特殊的物理化学性质使其化学机械抛光(CMP)还存在很多问题。为了提高Ru的去除速率,本文研究了FA/O螯合剂和H2O2对Ru的抛光去除速率(RR)和静态腐蚀速率(SER)的影响。实验结果表明,随着H2O2浓度的增加,在抛光过程中,Ru表面形成了致密氧化层,导致Ru的抛光去除速率(RR)和静态腐蚀速率(SER)先增加后减少。通过电化学方法对Ru表面的腐蚀情况进行了分析研究。结果表明,FA/O螯合剂能通过与Ru的氧化物((RuO4)2- 和RuO4 )形成可溶性胺盐([R(NH3)4] (RuO4)2) 提高Ru 的去除速率。同时,为了降低金属Ru CMP后表面粗糙度,在抛光液中加入了非离子表面活性剂AD。     

基于白刚玉微粉的6H-SiC单晶基片化学机械抛光材料去除率研究

碳化硅单晶基片已广泛应用于微电子、光电子等领域,如集成电路、半导体照明(LED)等,本文根据前期的研究结果,以白刚玉微粉为磨料,通过大量的实验,研究了抛光液成分(PH值、磨粒粒径与含量、分散剂、氧化剂、活性剂)、抛光盘转速以及载物台转速对SiC单晶片(0001)Si面和C面化学机械抛光(CMP)时对材料去除率的影响。研究结果表明,在SiC晶体基片化学机械抛光时,抛光液在一定的pH值、一定的氧化剂含量、一定的分散剂含量、一定的磨粒含量及尺寸下,能够获得最佳的材料去除率;抛光盘的转速对材料去除率影响较大,材料去除率随抛光压力的增加而增大,C面的材料去除率远大于Si面的材料去除率,但无论是Si面或C面,抛光后表面无划痕,经过2个半小时的抛光,表面粗糙度达到Ra1nm以下。结果表明,氧化铝(Al2O3)磨粒可用于碳化硅单晶基片的化学机械抛光,其研究结果可为进一步研究SiC单晶片的高效低成本化学机械抛光液、抛光工艺参数及化学机械抛光机理提供参考依据。     

激光抛光技术的发展与展望

介绍激光抛光技术的发展历史,阐明激光抛光的应用现状及未来的发展前景,论述了激光抛光的工艺特点和作用机理,将激光抛光技术与其它抛光技术进行了全面的对比,指出激光抛光的优势及其存在的问题。     

Static linearity error analysis of subranging A/D converters

An 8- to 10-bit CMOS A/D converter with a conversion rate of more than 16 megasample/second is required in consumer video systems. Subranging architecture is widely used to realize such A/D converters. This architecture, however, exhibits a reference voltage error caused by resistor ladder loadings. The error has been discussed with respect to a flash A/D converter by Dingwall. However, it can not be applied for a subranging A/D converter as it is. The analysis of this error is very important in realizing the desired accuracy of a subranging A/D converter. This paper describes a static analysis to improve the linearity, and reports the results of this analysis for two typical types, one with individual comparator arrays for coarse and fine A/D conversions, and the other with the same comparator array for both conversions. This analysis makes it clear that a subranging A/D converter has unique saw-tooth characteristic in fine linearity errors. Furthermore, this analysis clarifies what conditions are necessary to achieve the desired accuracy. It is necessary, for example, that the product of the total input capacitance of the comparators C, the conversion rate f _sand the total ladder resistance R is less than 0.03 in A/D converters with individual comparator arrays and 0.016 in A/D converters with the same comparator array in order to achieve 10-bit accuracy.     

碱性条件下硬盘基板两步抛光法的实验研究

在对硬盘基板CMP机理进行分析后,采用河北工业大学研制的计算机硬盘抛光专用碱性抛光液,选择氧化剂添加量、抛光压力两个重要参数分别进行实验,讨论它们在两步抛光方法中的重要作用。总结实验结果后,得出了上述两个参数在两步抛光方法中的影响规律,提出粗抛光中,应该采用较高氧化剂添加量和抛光压力以得到较高的去除速率和一定的表面质量;精抛光中,应该采用低氧化剂含量、低抛光压力以得到较完美的表面质量。用此方法抛光,较好地解决了当前硬盘基板加工中抛光速率与表面质量之间的矛盾。     

硅片研磨表面状态的改善和研磨液的改进

在硅片研磨过程中,由于应力的积累和剧烈的机械作用,硅片表面损伤严重,碎片率增加.介绍了一种改进的研磨液,不但把剧烈的机械作用转变为比较缓和的化学-机械作用,还能起到其他较好的辅助作用并对其各成分作用,进行了理论分析.硅片表面状态得到了一定程度的改善,提高了生产效率.     

Synthesis, characterization of CeO2@SiO2 nanoparticles and their oxide CMP behavior

SiO₂ ultrafine spheres are prepared by sol-gel method using tetraethylorthosilicate and ammonia as raw materials. CeO₂-coated SiO₂ (CeO₂@SiO₂) composite nanoparticles are also synthesized through chemical precipitation method. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectrometer (XPS) and dynamic light scattering (DLS) are used to characterize the CeO₂@SiO₂ composite particles. Silicon wafer covered by thermal oxide film is polished by CeO₂@SiO₂ composite abrasives, and the polishing behavior of novel composite abrasives is characterized by atomic force microscope (AFM). The results indicate that the phases of the as-prepared CeO₂@SiO₂ composite particles are composed of cubic fluorite CeO₂ and amorphous SiO₂. CeO₂@SiO₂ composite particles have excellent spherical morphologies and uniform particle size of 150-200 nm. The particle size of CeO₂ as shell is about 10 nm. After coating, the chemical state of SiO₂ is changed due to the formation of Si-O-Ce bond. The root-mean-square (RMS) roughness within 10 × 10 μm² area of thermal oxide film after polished by CeO₂@SiO₂ composite abrasives is 0.428 nm, and material removal rate can reach 454.6 nm/min.     

Al-Mg合金化学机械抛光的实验研究

将CMP技术用于Al-Mg合金表面加工中,根据抛光布特性及Al-Mg合金性质来选择抛光布.并从研究Al-Mg合金在碱性条件下化学机械抛光机理出发确定相应的抛光液,最后对Al-Mg合金化学机械抛光中pH值、压力、流量等主要参数进行优化实验.确定当压力为0.05 MPa,pH值为11.20,流量为250 ml/min时,Al-Mg合金表面状态良好.用美国ZYGO公司产的NewView6000非接触光学表面轮廓仪来测量表面粗糙度已达到纳米级别.     

抛光对GOI(Germanium-on-Insulator)衬底的影响

We prepared germanium-on-insulator(GOI) substrates by using Smart-CutTM and wafer bonding technology. The fabricated GOI is appropriate for polishing due to a strong bonding strength(2.4 MPa) and a sufficient bonding quality.We investigated mechanical polishing and chemical-mechanical polishing(CMP) systematically, and an appropriate polishing method—mechanical polishing combined with CMP-is obtained.As shown by AFM measurement,the RMS of GOI after polishing decreased to 0.543 nm.And the Ge peak profile of the XRD curve became symmetric,and the FWHM is about 121.7 arcsec,demonstrating a good crystal quality.