基于叶序仿生抛光垫化学机械抛光温度的研究与分析

为了解决在化学机械抛光过程中抛光温度分布不均匀问题,使用叶序仿生抛光垫进行研究,并建立了抛光温度场模型。利用有限元分析软件ANSYS,对抛光温度场进行了仿真分析,获得了抛光垫的叶序参量对抛光温度分布的影响规律。通过对仿真结果进行分析发现,合理选择仿生抛光垫的叶序参数,能够使抛光温度变得更均匀。     

基于仿生结构锡抛光垫的抛光接触压力分析

为了让化学机械抛光中晶片接触表面受力更均匀,基于Winkler地基理论及叶序理论设计了一种锡仿生结构抛光垫,并且建立了抛光的接触力学模型和有限元分析模型。通过对抛光晶片表面接触压力的计算,获得了晶片表面接触压力分布,以及各物理参数对压力分布的影响规律。研究结果表明,使用锡仿生结构抛光垫能减小材料横向牵连效应,改善接触压力分布,而且存在使压力分布更为均匀的叶序参数。     

抛光垫特性对抛光中流体运动的影响分析

抛光垫表面特性能可大大改变抛光液的流动情况,从而影响化学机械抛光的抛光性能。考虑抛光垫粗糙度和孔隙等对抛光液流动的影响,提出了一个初步的晶片级流动模型,并用数值模拟方法研究了不同参数条件(载荷和速度的变化等)下抛光液的流动特征。计算结果表明增加外载荷将导致粗糙峰的磨损概率增加,增加剪切速率则提高了剪切应力,均可导致高材料去除率。模型能较好理解材料去除机制和输运,从而有助于对化学机械抛光机制的了解。     

无抛光垫化学机械抛光技术研究

应用双电层理论分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯粒子表面的现象.分析了基于复合粒子抛光液的无抛光垫化学机械抛光技术特点及其材料去除机理.比较试验表明,基于复合粒子抛光液的硅片无抛光垫化学机械抛光具有与传统化学机械抛光相接近的材料去除率和硅片表面粗糙度值,并可避免工件塌边现象的产生.     

CMP过程中抛光垫表面沟槽对液膜厚度影响研究

抛光垫表面沟槽结构是决定抛光液抛光效果的重要因素之一。为了研究抛光垫表面沟槽对化学机械抛光过程的影响,设计并搭建了高速摄影仪在线检测平台,检测并研究了有无沟槽及不同类型沟槽结构对液膜厚度的影响。实验结果表明:抛光垫开槽可以增加抛光液液膜厚度分布均匀性;在同心圆型、放射型、网格型、复合型4种类型抛光垫结构中复合型沟槽具有最优抛光效果。     

化学机械抛光技术研究现状及进展

通过回顾化学机械抛光技术的发展历史,概述化学机械抛光技术的实际应用情况,着重阐述了化学机械抛光技术的作用机理、主要构件(抛光机、抛光垫、抛光液)以及抛光工艺参数对加工过程的影响,进一步展望了化学机械抛光技术的发展前景与研究方向。     

利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光

为了提高硅片的抛光速率,利用复合磨粒抛光液对硅片进行化学机械抛光.分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯及某种氨基树脂粒子表面的现象.通过向单一磨粒抛光液中加入聚合物粒子的方法获得了复合磨粒抛光液.对硅片传统化学机械抛光与利用复合磨粒抛光液的化学机械抛光进行了抛光性能研究,提出了利用复合磨粒抛光液的化学机械抛光技术的材料去除机理,并分析了抛光工艺参数对抛光速率的影响.实验结果显示,利用单一SiO2磨料抛光液对硅片进行抛光的抛光速率为180 nm/min;利用SiO2磨料与聚苯乙烯粒子或某氨基树脂粒子形成的复合磨粒抛光液对硅片进行抛光的抛光速率分别为273 nm/min和324 nm/min.结果表明,利用复合磨粒抛光液对硅片进行抛光提高了抛光速率,并可获得Ra为0.2 nm的光滑表面.     

新型环保抛光液的制备及其对软脆碲锌镉晶片的化学机械抛光

针对软脆碲锌镉晶片的传统加工工艺“游离磨料-抛光-化学机械抛光”存在的缺点,提出“固结磨料研磨-新型绿色环保抛光液化学机械抛光”新方法。固结磨料研磨工艺为：采用3000号刚玉防水砂纸,压力为17kPa,抛光盘与抛光垫转速均为80r/min,研磨时间为5min。新型绿色环保抛光液含有双氧水和硅溶胶,采用天然桔子汁作为pH值调节剂。化学机械抛光工艺为:采用自行研制的化学机械抛光液,绒毛抛光垫,抛光压力为28kPa,抛光盘与抛光垫转速均为60r/min,抛光时间为30min。试验结果表明,经过上述加工可获得超光滑的表面,表面粗糙度算术平均值、均方根值、峰谷值分别可以达到0.568nm、0.724nm、6.061nm。     

CMP抛光界面温度的理论分析与仿真

介绍了抛光界面的温度对化学机械抛光过程的重要影响。在对温度变化的原因进行分析的基础上,忽略抛光液的流场分布、抛光界面压力分布的均匀性等因素,定性地分析了抛光垫和工件的温度分布情况。并利用红外摄像仪验证了抛光垫表面的温度分布。通过抛光界面的热量流动理论分析,利用ANSYS软件对工件在抛光过程中的温度变化进行仿真计算,得到工件的抛光表面温度随时间的变化曲线,可以根据仿真结果预测工件在不同抛光工艺参数条件下的温度变化情况。     

集成电路制造中的固结磨料化学机械抛光技术研究

经过对传统化学机械抛光技术的研究与分析，指出了目前ULSI制造中使用的传统化学机械抛光技术的缺点，通过对固结磨料化学机械抛光中的抛光垫结构、抛光机原理及抛光液的分析，得出了固结磨料化学饥械抛光技术的优点，同时还对硅片固结磨料化学机械抛光的缺陷进行了研究。     

ULSI化学机械抛光(CMP)材料去除机制模型

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,相关机制模型的研究是当前CMP的热点。综述了考虑抛光液的流动、抛光垫的弹性和硬度、研磨颗粒的大小和硬度等不同因素的机制模型,并对基于不同假设的模型作了分析和比较。最后对CMP模型未来的发展和研究方向提出了展望。     

单晶硅同质互抛实验研究

以材料的去除率和表面粗糙度为评价指标设计对比实验,验证了硬脆材料互抛抛光的可行性,得到了抛光盘转速对硬脆材料互抛的影响趋势和大小。实验结果表明：当抛光压力为48 265 Pa（7 psi）、抛光盘转速为70 r/min时,自配抛光液互抛的材料去除率为672.1 nm/min,表面粗糙度为4.9 nm,与传统化学机械抛光方式的抛光效果相近,验证了硬脆材料同质互抛方式是完全可行的;互抛抛光液中可不添加磨料,这改进了传统抛光液的成分;采用抛光液互抛时,材料去除率随着抛光盘转速的增大呈现先增大后减小的趋势,硅片的表面粗糙度随着抛光盘转速的增大呈先减小后增大的趋势。     

Ta-W合金的化学机械抛光实验研究

针对Ta-W合金材料圆薄片零件化学机械抛光工艺，设计了Ta-W合金材料化学机械抛光抛光液，并探讨了抛光液各组分的含量及抛光工艺参数对抛光速率和抛光件表面质量的影响。结果表明，当抛光液中磨料SiO2溶胶质量分数为40％-65％时，抛光速率也达到较高值并在一定的硅溶胶含量范围内波动不大；当抛光液中有机碱的质量分数为4％-6％时，抛光速率达到最大值；随着氧化剂含量的增加，去除速率几乎成线性增加，但随氧化剂含量的增大表面状态变差，故应控制氧化剂的含量；随着抛光液流量的增加，抛光速率也增大，但在流量增加到200mL／min后，速率的增加变得缓慢。     

化学机械抛光工艺中的抛光垫

抛光垫是晶片化学机械抛光中决定表面质量的重要辅料。研究了抛光垫对光电子晶体材料抛光质量的影响：硬的抛光垫可提高晶片的平面度;软的抛光垫可改善晶片的表面粗糙度;表面开槽和表面粗糙的抛光垫可提高抛光效率;对抛光垫进行适当的修整可使抛光垫表面粗糙。     

铜抛光液中缓蚀剂5-氨基四唑(ATA)的作用机制研究

采用静态腐蚀实验、接触角测试、XPS等手段,比较在不同pH值下抛光液中缓蚀剂(5-氨基四唑(ATA),苯并三唑(BTA))对铜表面化学机械抛光(CMP)的影响,并探讨ATA在铜表面的作用机制。结果表明,BTA和ATA是优良的铜缓蚀剂,当pH值为3～10时,两者可在铜表面成膜,保护铜表面不受腐蚀,从而降低铜片的静态腐蚀速率和去除率,其中当pH=4时,2种缓蚀剂表现出最佳的缓蚀性能。当pH值为3～5时,ATA的缓蚀性能优于BTA。ATA通过四唑环上的N原子和氨基上的N原子吸附在铜表面,形成保护膜,从而抑制了H2O2对铜表面的腐蚀,改善了表面质量,是一种优良的适用于酸性铜抛光液的缓蚀剂。     

铜布线化学机械抛光技术分析

对用于甚大规模集成电路(ULSI)制造的关键平坦化工艺——铜化学机械抛光(CMP)技术进行了讨论。着重分析了铜化学机械抛光的抛光过程和相关的影响因素；根据现有的研究成果主要介绍了铜化学机械抛光的化学材料去除机理；在分析抛光液组成成分的基础上，总结了现有的以H2O2为氧化剂的抛光液和其他酸性、碱性抛光液以及抛光液中腐蚀抑制剂的研究情况；指出了铜化学机械抛光今后的研究重点。     

Mechanisms of Chemical-Mechanical Polishing of SiO2 Dielectric on Integrated Circuits

One of the fundamental mechanisms of chemical-Mechanical polishing (CMP) is the mechanical interaction between the wafer and polishing pad. This interaction was simulated in experiments. The vertical displacement of the wafer with respect to the polishing pad, the fictional drag of the wafer against the pad, and the pressure of the slurry trapped between the wafer and pad were measured. These experiments were performed over a range of commercially common CMP conditions. In addition, polishing rates were measured for CMP performed under induced hydrodynamic conditions where the wafer was separated from the pad by a film of slurry.

It was found that no appreciable polishing occurred under hydrodynamic CMP conditions. Under commercial CMP conditions, it was found that the wafer contacts the polishing pad asperities as evidenced by near-zero wafer displacement and high friction coefficients (?0.4). It was also found that pad conditioning (intentional roughening) causes a suction force to develop between the wafer and pad. This suction force draws the wafer into further contact with the pad, by as much as 20 μm, and corresponds to peak slurry vacuum pressures of 12 kPa (1.7 psi).