超大规模集成电路制造中硅片平坦化技术的未来发展

在集成电路(IC)制造中,化学机械抛光(CMP)技术在单晶硅衬底和多层金属互连结构的层间全局平坦化方面得到了广泛应用,成为制造主流芯片的关键技术之一。然而,传统CMP技术还存在一定的缺点或局限性,人们在不断完善CMP技术的同时,也在不断探索和研究新的平坦化技术。在分析传统CMP技术的基础上,介绍了固结磨料CMP、无磨料CMP、电化学机械平坦化、无应力抛光、接触平坦化和等离子辅助化学蚀刻等几种硅片平坦化新技术的原理和特点以及国内外平坦化技术的未来发展。     

ULSI制造中铜化学机械抛光的腐蚀磨损机理分析

以超大规模集成电路(ULSI)芯片多层互连结构制造中的关键平坦化工艺——铜化学机械抛光(Cu—CMP)为研究对象，针对Cu—CMP中存在的抛光液的化学腐蚀作用和磨料的机械磨损现象，采用腐蚀磨损理论分析了Cu—CMP材料去除机理。提出铜CMP的材料去除中存在着机械增强的化学腐蚀和化学增强的机械磨损，并分析了Cu—CMP的静态腐蚀材料去除、机械增强的腐蚀去除与化学增强的机械去除机理。     

300mm晶圆化学机械抛光流体润滑行为研究

正化学机械抛光(CMP)是集成电路制造的一个关键工艺步骤。随着晶圆尺寸增加至300 mm,对CMP全局平坦化效果的要求越来越高。目前人们对CMP机理的认识多集中在晶圆表面材料的去除机理,而对全局平坦化机理的研究很少。本文在CMP装备研发和在线测量系统研制的基础上,以流体作用为切入点,对300 mm晶圆CMP过程抛光接触面的流体润滑行为和晶圆状态进行系统的试验研究,为工业CMP过程晶圆平坦化机理研究奠定基础。主要研究工作如下。     

集成电路芯片制造中电化学机械平整化技术的研究进展

大马士革(Damascene)结构的Cu/低k介质材料互连技术为集成电路芯片制造提出了方向和挑战。电化学机械平整化(ECMP)作为化学机械平整化（CMP）的一种拓展加工手段,可对传统CMP技术进行补偿,可对含有易损多孔电介质材料的新型互连结构进行低压力平整化。比较了ECMP和CMP 的特点,
对ECMP技术的研究现状和发展趋势进行了综述。指出ECMP过程控制的深层次的技术基础是摩擦电化学理论,只有深入系统地研究ECMP过程中的外加电势、摩擦磨损、化学反应三者间的相互作用,才能揭示ECMP过程中材料的加速去除原理和超光滑无损伤表面的形成机理。     

化学机械抛光过程中抛光垫修整的研究

摘要：抛光垫是化学机械抛光（CMP）系统的重要组成部分，具有贮存、输送抛光液等作用，对晶片的去除率和平整度起着至关重要的作用。本文介绍和探讨了CMP过程中抛光垫修整对抛光垫表面结构以及对CMP过程影响规律。研究结果表明，抛光垫与晶片的接触面积、抛光速率、平坦化效果等都受到抛光垫修整的影响。大的修整深度能够获得较高的抛光去除率，而较小的修整深度则更有利于获得较好的平坦化效果。修整效果可以通过修整器的设计、修整工艺参数以及加工参数进行调整。     

高浓度硼扩散硅片CMP工艺研究

"叉指式微加速度计"的研制,需要使用高浓度硼扩散硅片,而硅片经过高浓度硼扩散后,硅片双面生长了一层硼硅玻璃,很难将其去除,不能在高浓度硼扩散层上制作更好的"叉指式微加速度计"结构.针对上述问题,在CMP研磨抛光工艺中,针对上述问题,在CMP研磨抛光工艺中,选择合适的研磨料和抛光料以及研磨盘和抛光盘,通过对浆料浓度、流量大小、抛光温度进行改进,优化研磨抛光工艺流程及工艺参数,以完成高浓度硼扩散硅片的表面平坦化.     

化学机械抛光过程低 k/铜表面材料去除机制及损伤机制研究进展*

针对低k介质/铜表面在平坦化加工中极易造成材料界面剥离、互连线损伤和表面不平整等问题,国内外学者对CMP过程中的材料去除机制以及损伤机制开展了大量的研究工作。对集成电路平坦化工艺——化学机械抛光过程中低k介质/铜界面的力学行为和摩擦损伤特性研究进展进行综述,介绍异质表面的材料去除行为及去除理论研究现状;展望了化学机械抛光过程低k介质/铜表面去除机制研究的研究趋势,即通过对异质界面的分子原子迁移行为研究,揭示异质表面的微观材料去除机制及损伤形成机制,最终寻找到异质表面平坦化及损伤控制方法。     

化学机械抛光的研究进展

化学机械抛光简称CMP技术是迄今唯一的可以提供整体平面化的表面精加工技术,可广泛用于集成电路芯片、计算机硬磁盘、微型机械系统等表面的平坦化。介绍了半导体加工领域CMP技术的特点,重点叙述了CMP技术的发展历程、设备特性、研磨抛光耗材和应用领域的技术现状,指出CMP急待解决的技术和理论问题,并对其发展方向进行展望。     

CMP材料去除机制的研究进展

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,其材料去除机制及理论模型的研究已经成为当前CMP研究的热点.综述基于流体润滑、磨粒磨损、化学作用、原子/分子去除等不同机制的集成电路芯片化学机械抛光(CMP)材料去除率的理论模型的研究现状和进展,分析和比较基于不同假设的理论模型,展望CMP材料去除机制研究的未来发展方向.CMP理论真正应用于实际生产指导,许多影响因素的定量研究还要细化,抛光盘的黏弹性和抛光液的流体动力学性能对CMP过程的影响还需深入研究.     

化学机械抛光(CMP)技术的发展、应用及存在问题

在亚微米半导体制造中，器件互连结构的平坦化正越来越广泛采用化学机械抛光（CMP）技术，这几乎是目前唯一的可以提供在整个硅圆晶片上全面平坦化的工艺技术。本文综述了化学机械抛光的基本工作原理、发展状况及存在问题。     

基于田口方法的混合集成基板CMP工艺优化研究

为了提高多芯片组件（Multi-Chip Module, MCM-C/D）技术中低温共烧陶瓷（Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC）基板的表面质量,需要采用化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）工艺使基板表面平坦化。文中探讨了基于田口试验方法的基板CMP工艺参数优化设计方法。在一定的抛光条件下,抛光液pH值、抛光载荷和抛光盘转速是影响基板表面质量的主要工艺参数。文中设计了3因素3水平试验进行研究。研究结果表明,基板表面CMP平坦化的影响因素依次是抛光载荷、抛光液pH值和抛光盘转速。采用优化参数获得了光洁、平整的表面,基板粗糙度Ra ≤ 0.05μm,浆料凸起高度H ≤ 3μm,经薄膜工艺验证,满足厚薄膜混合基板的研制应用需求。     

300mm晶圆化学机械抛光机关键技术研究与实现

在芯片微细化和互连多层化趋势下,化学机械抛光(Chemical mechanical polishing,CMP)成为集成电路制造的核心技术。针对300 mm晶圆CMP装备被极少数国外厂家垄断、国内300 mm晶圆CMP装备水平远远落后的现状,开展300 mm晶圆CMP装备关键技术研究。研制出300 mm晶圆多区压力抛光头及其压力控制系统,该抛光头具有多区压力、浮动保持环及真空吸附等功能,每个腔室均可实现施加正压、抽负压、通大气和泄漏检测;压力控制系统性能测试结果表明,该系统可实现689.5 Pa的超低压力,其精度和响应速度均能满足常规压力及超低压力CMP的要求;开发了300 mm晶圆超低压力CMP样机,创建出一套比较稳定、可靠的工艺流程,并利用该样机初步开展铜CMP试验研究。试验结果表明:抛光压力为15.169 kPa时,材料去除率达671.3 nm/min,片内非均匀性为3.93%。     

超精密CMP电化学抛光试验台关键部件的设计

由于化学机械抛光(CMP)中机械和化学作用同时发生在芯片抛光过程中,因此,传统的电化学测试仪难以动态测试CMP中芯片表面成膜的过程。将传统CMP设备与电化学测试分析仪相结合,开发新型电化学CMP测设平台。研究关键部件抛光头和抛光盘的设计,采用ANSYS进行传感器弹性体的标定与设计,并进行电化学分析试验的验证。结果表明开发的测试平台数据采集稳定,工作平稳,基本达到设计目标。     

超精密砷化镓晶片抛光机的研制

化学机械抛光(CMP)技术作为目前唯一可提供在整个晶圆片上全面平坦化的工艺技术,已被越来越广泛地应用到了半导体领域。通过了解化学机械抛光(CMP)技术原理,分析出影响晶片抛光质量的主要因素基础上开发了超精密砷化镓晶片抛光机。重点介绍了该抛光机结构组成,及其研制的关键技术和创新点。     

CMP过程芯片表面氧化膜生成速度影响因素的分析

根据理论和试验分析,将机械化学抛光(CMP)过程分成两个阶段:化学作用主导阶段和机械作用主导阶段,并从机械作用角度导出CMP过程两个阶段芯片表面材料去除率的数学模型,模型全面地考虑了抛光盘特性参数(弹性模量、硬度、表面粗糙度峰的尺寸分布)、CMP工作参数(压力和抛光速度)、抛光液中磨粒的机械作用和氧化剂种类、氧化剂浓度等化学作用的影响。然后根据这两个阶段的平衡点导出定量描述芯片表面氧化膜生成速度的数学模型。详细分析机械作用因素(磨粒的浓度、磨粒的粒度分布特性)、化学作用因素(抛光液中氧化剂种类、浓度)以及磨粒/芯片/抛光盘的材料特性参数对芯片表面氧化膜生成速度的影响规律。该CMP过程芯片表面氧化膜生成速度定量模型的导出,对进一步深入研究CMP材料去除机理和更加准确地控制CMP过程,具有一定的指导作用。     

用于超精密硅晶片表面的化学机械抛光(CMP)技术研究

化学机械抛光(CMP)技术作为目前唯一的可以提供在整个圆硅晶片上全面平坦化的工艺技术,已被越来越广泛地应用到了半导体领域。重点叙述了CMP技术背景、设备、抛光原理、发展现状、存在的问题以及未来的发展趋势。     

无磨料化学机械抛光的研究进展

无磨料化学机械抛光(AFP)技术克服传统化学机械抛光(CMP)易产生凹陷、腐蚀和微观划痕等表面损伤的特点,成为解决半导体晶片上Cu膜表面平坦化的重要技术;AFP已广泛用于铜大马士革层间互连及其他材料的加工.综述了AFP技术的研究现状,指出了AFP急待解决的技术和理论问题,并对其发展趋势进行展望.     

化学机械平坦化中晶圆姿态瞬态调整的数值模拟研究

化学机械平坦化(Chemical mechanical planarization,CMP)是集成电路制造的关键技术之一。晶圆夹持器是CMP系统的核心零部件。为研究万向球头位置对平坦化过程中晶圆姿态瞬态调整能力的影响,采用混合软弹流润滑模型分析抛光垫表面的流动与接触行为,并结合夹持器的瞬态运动方程分析晶圆姿态的动态变化过程。分析结果表明,夹持器姿态的调整能力随万向球头的中心高度增加而提高,摩擦力矩的增加有利于晶圆姿态稳定在平衡位置,但同时接触应力不均匀性增加。因此,合理设计夹持器结构对CMP加工质量非常重要,提出的瞬态混合润滑模型对夹持器的动态特性进行分析可以为设计提供非常有意义的理论指导。     

MEMS中基底和薄膜的CMP制造技术

化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing,CMP)工艺已运用于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)中,并逐渐成为研制高品质微纳器件不可或缺的一道关键技术。区域压力调整、抛光终点检测等技术已经引入到CMP工艺,确保片内不均匀性(Within-wafer Nonuniformity,WIWNU)小于5%,同时有效减小"蝶形"和"腐蚀"等抛光缺陷。CMP在MEMS领域中的运用工艺过程更为复杂,抛光对象更为多元,表面质量要求更高。结合硅、介质层、石英、锗、铂和聚合物等自行开发的CMP工艺以及抛光后清洗处理,详细讨论和阐述CMP工艺如何运用于MEMS领域。实验结果表明,采用CMP工艺,结合抛光液改进和兆声清洗,不仅可以实现薄膜的全局平坦化,而且可以获得高品质的超薄基底、无损的硬质应变薄膜和用于低温直接键合的表面粗糙度小于0.5nm键合表面。CMP技术是研制高品质的可应用于MEMS器件的基底和薄膜的有效手段。     

高浓度硼扩散硅片CMP工艺改进技术

“叉指式微加速度计”的研制,需要使用高浓度硼扩散硅片,而硅片经过高浓度硼扩散后,硅片双面生长了一层硼硅玻璃,采用原有CMP工艺很难将其去除．不能在高浓度硼扩散层上制作更好的“叉指式微加速度计”结构。针对上述问题,在CMP研磨抛光工艺中,通过改进双面粘片工艺．选择合适的研磨料和抛光料以及研磨盘和抛光盘,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．优化研磨抛光工艺流程及工艺参数,获得表面无划道、无麻坑、无桔皮的高浓度硼扩散硅片。表面粗糙度20A,达到“叉指式微加速度计”工艺用片指标。