计算机硬盘基片的化学机械清洗技术研究

目前,CMP技术对计算机硬盘基片(盘片)进行抛光,盘片表面粗糙度达到原子级平整,抛光后表面的清洗质量直接关系到CMP最终技术水平的高低.采用静态浸泡实验以及浸泡、擦洗、超声清洗实验,结合一系列的表面微观分析,研究了盘片CMP后清洗过程中的化学作用、机械作用以及清洗剂、清洗方式等物理化学要素对CMP后清洗效果的影响.结果表明,CMP后清洗是一种机械作用、化学作用等综合作用的过程.采用优化的清洗工艺及清洗剂,得到了低腐蚀、高洁净、平整的硬盘基片表面.     

ULSI硅衬底的化学机械抛光

在分析UL SI中硅衬底CMP的动力学过程基础上,提出了在机械研磨去除产物过程中,适当增强化学作用可显著改善产物的质量传输过程,从而提高抛光效率.在对不同粒径分散度的硅溶胶抛光液进行比较后提出了参与机械研磨的有效粒子数才是机械研磨过程的重要因素,而不是单纯受粒径大小的影响.分析和讨论了CMP工艺中的几个影响因素,如粒径大小与分散度、p H值、温度、流量和浓度等.采用含表面活性剂和螯合剂的清洗液进行抛光后清洗,表面颗粒数优于国际SEMI标准,抛光雾得到了有效控制     

ULSI硅衬底的化学机械抛光

在分析ULSI中硅衬底CMP的动力学过程基础上,提出了在机械研磨去除产物过程中,适当增强化学作用可显著改善产物的质量传输过程,从而提高抛光效率.在对不同粒径分散度的硅溶胶抛光液进行比较后提出了参与机械研磨的有效粒子数才是机械研磨过程的重要因素,而不是单纯受粒径大小的影响.分析和讨论了CMP工艺中的几个影响因素,如粒径大小与分散度、pH值、温度、流量和浓度等.采用含表面活性剂和螯合剂的清洗液进行抛光后清洗,表面颗粒数优于国际SEMI标准,抛光雾得到了有效控制.     

ULSI铜多层布线中钽阻挡层CMP抛光液的研究与优化

以高浓度纳米SiO2水溶胶为磨料,H2O2为氧化剂的碱性抛光液,研究了适用于终抛铜/钽的CMP抛光液.通过调节pH值,降低抛光液的氧化,增强有机碱的作用,来降低铜的去除速率并提高钽的去除速率,得到了很好的铜/钽抛光选择性.     

ULSI铜多层布线中钽阻挡层CMP抛光液的研究与优化

以高浓度纳米SiO2水溶胶为磨料,H2O2为氧化剂的碱性抛光液,研究了适用于终抛铜/钽的CMP抛光液.通过调节pH值,降低抛光液的氧化,增强有机碱的作用,来降低铜的去除速率并提高钽的去除速率,得到了很好的铜/钽抛光选择性.     

碱性抛光液中表面活性剂对铜钽的电偶腐蚀

在阻挡层化学机械抛光(CMP)过程中,阻挡层材料钽(Ta)易与铜(Cu)发生电偶腐蚀.针对这一问题,通过电化学分析方法研究了碱性抛光液中非离子表面活性剂对铜钽腐蚀电位的影响;通过CMP实验研究了非离子表面活性剂对铜钽去除速率的影响.结果表明,随着非离子表面活性剂体积分数增加至9％,铜钽的腐蚀电位均降低.最终确定最佳非离子表面活性剂的体积分数为6％.此时,在静态条件下,铜钽电极之间的电位差为1 mV;在动态条件下,铜钽电极之间的电位差为40 mV,可极大地减弱铜钽电偶腐蚀.同时,铜钽的去除速率分别为47 nm·min-1和39 nm·min-1,铜钽去除速率选择比满足阻挡层CMP要求.     

基于DOE优化设计抛光工艺参数

适宜的抛光工艺参数对Si片表面平整度TTV、TIR、STIR等参数起到至关重要的作用.介绍了化学机械抛光(CMP)有效实现Si片全局和局部平坦化的方法和设施,指出并说明CMP是一种化学作用和机械作用相结合的技术,给出了其影响因素.利用DOE(design of experiment)实验方法,结合实际生产条件,获得并验证了最优化的生产工艺参数,改善了Si片表面平整度.     

基于磨粒运动轨迹的硅片化学机械抛光材料去率研究

硅片化学机械抛光（CMP）是机械作用与化学作用相结合的技术,硅片表面的化学反应层主要是由抛光液中磨料的机械作用去除,磨粒对硅片表面的摩擦和划擦对硅片表面材料的去除起着重要作用。磨粒在硅片表面上的划痕长度直接影响硅片表面的材料去除率。本文首先在实验结果的基础上分析了硅片CMP过程中磨粒的分布形式,然后根据运动学和接触力学理论,分析了硅片、磨粒及抛光垫三者之间的运动关系,根据磨粒在硅片表面上的运动轨迹长度,得出了材料去除率与抛光速度之间的关系,该分析结果与实验结果一致,研究结果可为进一步理解硅片CMP的材料去除机理提供理论指导。     

碱性抛光液对铜与钽CMP选择比的影响

在ULSI多层铜布线中,由于钽与铜在物理及化学性质上的差别导致这两者的CMP去除速率不同,从而在抛光结束后出现蝶形坑等缺陷,影响器件性能。通过实验分析碱性抛光液中磨料、螯合剂、氧化剂、pH值、活性剂对铜与钽CMP选择比的影响。根据铜与钽的CMP去除机理,从实验结果分析出对铜、钽去除速率影响较为明显的成分,调节这些成分得到特定配比的抛光液,分别实现了铜与钽的去除速率相等、铜的去除速率大于钽、铜的去除速率小于钽。使用上述铜去除速率小于钽的抛光液对12英寸(1英寸=2.54 cm)图形片进行抛光,通过原子力显微镜观察,证明了这种抛光液能有效地修复多层布线CMP中的蝶形坑等缺陷。     

磨料黏度对CMP抛光速率的影响及机理的研究

抛光磨料在抛光衬底和抛光垫间做磨削运动,它是CMP工艺的重要组成部分,是决定抛光速率和平坦化能力的重要影响因素。因此分析磨料的各物性参数对CMP过程的影响尤为重要。随着晶圆表面加工尺寸的进一步精密化,磨料黏度作为抛光磨料重要物性参数之一,受到越来越多的重视。根据实验结果从微观角度研究了磨料黏度对CMP抛光速率的影响及机理,并由此得出当抛光液磨料黏度为1.5 mPa.s时,抛光速率可达到458 nm/min且抛光表面粗糙度为0.353 nm的良好表面状态。     

硅晶圆CMP抛光速率影响因素分析

化学机械抛光(CMP)技术是半导体工艺中不可缺少的重要工艺。针对硅晶圆CMP平坦性问题,系统地考察了压力、转速、抛光垫、浆料、温度等因素对硅晶圆平坦化速率的影响,从中找到它们之间的优化参数,减少CMP工艺中的表面划伤、抛光雾、金属离子沾污,清除残余颗粒,保证硅晶圆的平坦化质量。     

Effects of Potential and Mechanical Stimulation on Oxidation of Tantalum During Electrochemical Mechanical Polishing

Metal oxidation under stress plays a significant role in many industrial applications, particularly in chemical mechanical polishing (CMP). Here we report effects of mechanical stimulation on tantalum (Ta) oxidation during CMP. A tantalum surface was polished at various anodic potentials and under different mechanical forces. A potentiostat was used to measure the anodic reaction current during electrochemical mechanical polishing (ECMP). The material removal rate (MRR) measured using atomic force microscopy (AFM) was compared with that calculated using Faraday’s law. Relationship was linked (or established) between the anodic potential and a mechanical force. The MRR was a second-order polynomial function of potential at constant mechanical force, followed by a logarithmic function. It was found that more suboxides were present at extreme potentials (low and high), while substantial pentoxide was generated under intermediate potentials. A model is proposed to explain the oxidation process of Ta during ECMP. The oxidation of Ta was a function of the anodic potential and mechanical force. The ex situ method used in this study fulfilled the in situ observation on Ta oxidation in polishing. Additionally, this technique can be used to investigate oxidation of other metals.     

柠檬酸在钴基铜互连CMP及后清洗的研究进展

钴(Co)具有较低的电阻率、良好的热稳定性、与铜(Cu)粘附性好等优点,可以替代钽(Ta)成为14 nm以下技术节点集成电路(IC) Cu互连结构的新型阻挡层材料。化学机械抛光(CMP)是唯一可以实现Cu互连局部和全局平坦化的方法,也是决定Co基Cu互连IC可靠性的关键技术。柠檬酸含有羟基,在电离后对金属离子有较强的络合作用,成为Co基Cu互连CMP及后清洗中的主要络合剂。文章评述了柠檬酸在Cu互连CMP及后清洗中的应用和研究进展,包括柠檬酸对Cu/Co去除速率选择比、Co的表面形貌以及Co CMP后清洗中Co表面残留去除等方面的影响,并展望了络合剂及Cu互连阻挡层CMP的发展趋势。     

基于PSO-SVM模型的Cu CMP抛光液组分优化

在多层Cu布线化学机械抛光(CMP)工艺中,碱性抛光液组分是影响CMP平坦化效果的重要因素。建立了基于PSO-SVM机器学习算法的模型,将化学机械抛光液组分(磨料、氧化剂、活性剂、螯合剂)及pH值作为输入,铜去除速率作为输出,对Cu-CMP实验数据进行训练和预测,获得优化的抛光液配比,并采用Cu-CMP实验进行验证。结果表明,PSO-SVM模型预测效果良好,预测误差在工业生产允许的范围内,有效降低了抛光液研发实验的盲目性,缩短了研发周期,极大降低了实验成本,提高了研发效率。     

ULSI介质CMP用大粒径硅溶胶纳米研磨料的合成及应用研究

针对超大规模集成电路多层互连结构中介质CMP抛光速率低,急需的大粒径硅溶胶研磨料,本文采用改进的粒径生长控制工艺制备介质CMP用大粒径硅溶胶,并采用TEM、激光粒度分析仪和Zeta电位测试仪等先进手段对其粒径大小、粒径分布和稳定性进行了表征。以低分散度硅溶胶纳米研磨料配制抛光浆料进行了二氧化硅介质的CMP研究,结果表明,平均粒径103．4nm的硅溶胶浆料的去除速率达630nm／min,有效解决了二氧化硅介质CMP低速率的难题。     

低磨料浓度的碱性铜抛光液平坦化性能的研究

A novel alkaline copper slurry that possesses a relatively high planarization performance is investigated under a low abrasive concentration.Based on the action mechanism of CMP,the feasibility of using one type of slurry in copper bulk elimination process and residual copper elimination process,with different process parameters,was analyzed.In addition,we investigated the regular change of abrasive concentration effect on copper and tantalum removal rate and within wafer non-uniformity(WIWNU) in CMP process.When the abrasive concentration is 3 wt%,in bulk elimination process,the copper removal rate achieves 6125 °/min,while WIWNU is 3.5%,simultaneously.In residual copper elimination process,the copper removal rate is approximately 2700°/min,while WIWNU is 2.8%.Nevertheless,the tantalum removal rate is 0 °/min,which indicates that barrier layer isn’t eliminated in residual copper elimination process.The planarization experimental results show that an excellent planarization performance is obtained with a relatively high copper removal rate in bulk elimination process.Meanwhile,after residual copper elimination process,the dishing value increased inconspicuously,in a controllable range,and the wafer surface roughness is only 0.326 nm(sq < 1 nm) after polishing.By comparison,the planarization performance and surface quality of alkaline slurry show almost no major differences with two kinds of commercial acid slurries after polishing.All experimental results are conducive to research and improvement of alkaline slurry in the future.     

CMP抛光运动机理研究

通过对硅晶片化学机械抛光过程中抛光运动机理的理论分析,研究了硅晶片的抛光运动特性,探讨了主要工艺参数对硅晶片化学机械抛光后晶片表面粗糙度和表面平整度、抛光均匀性的影响规律。     

Chemical-Mechanical polishing of parylene- n films: evaluation by X-Ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy

The surface quality of parylene-N(PA-N) films, as determined by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM), after chemical-mechanical polishing (CMP), is influenced mostly by two factors: quality of the as-deposited film and the slurry composition. The higher the quality of the as-deposited film (more specifically, less oxygen content), the higher the quality of the polished film. The XPS and AFM results show that PA-N film polished in 1% A1₂O₃ abrasive (0.3 Μm particles), NH₄OH (2% by volume), and water, has better quality compared to the other slurries investigated. With high quality PA-N films, the film surface quality affected by CMP is relatively independent of polishing time, indicating that changes in surface chemistry occur in the initial seconds of polishing.     

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。