Cu CMP抛光液对速率的影响分析及优化

在超大规模集成电路多层Cu布线CMP工艺中,抛光液是决定抛光速率、抛光表面状态和平坦化能力的重要因素。采用Plackett-Burman(PB)筛选实验对抛光液成分(磨料、氧化剂、活性剂、螯合剂)进行显著性因素分析,得出磨料、FA/O螯合剂Ⅱ型和氧化剂为显著性因素,并采用响应曲面法对其进行优化并建立了模型,最终得到以去除速率为评价条件的综合最优抛光液配比,为Cu抛光液配比优化及对CMP的进一步发展提供了新的思路与途径。     

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。     

航空太阳能电池用超薄锗单晶的精密抛光

主要对影响锗单晶抛光后表面微粗糙度的关键因素—抛光液组分的作用进行分析。采用变量控制的实验方法,从活性剂、有机胺碱、氧化剂、硅溶胶磨料和螯合剂五个因素出发进行实验。针对粗糙度影响因素进行分析与优化,同时对抛光速率进行了分析,研究得出,抛光液组分中氧化剂浓度对CMP过程中锗衬底片表面微粗糙度及去除速率的影响最为显著。优化抛光液组分配比,在抛光速率基本满足工业要求(1.5μm/min)下,经过CMP后锗衬底表面微粗糙度可有效降到1.81 nm(10μm×10μm)。在最佳配比下,采用小粒径、低分散度(99%82.2 nm)的硅溶胶磨料配制抛光液,其抛光效果明显优于采用大粒径、高分散度的硅溶胶磨料配制的抛光液。     

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.     

氧化剂在TSV铜膜CMP中钝化机理北大核心

为实现TSV硅衬底表面铜去除速率的优化,对影响TSV铜去除速率的最主要因素抛光液组分(如磨料、螯合剂、活性剂和氧化剂)中的氧化剂进行分析。通过对不同体积分数的氧化剂电化学实验进行钝化机理的研究,从而得到最佳的氧化剂体积分数,再进行铜的静态腐蚀实验和抛光实验对铜的去除速率进行验证。实验结果表明,氧化剂体积分数为0.5%时铜具有较高的去除速率,能够满足工业需要。最后,对CMP过程机理和钝化机理进行分析,进一步验证了氧化剂在TSV铜化学机械平坦化中的作用。     

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。     

无氧化剂条件下铜钴CMP去除速率的控制北大核心

利用不含氧化剂的碱性抛光液对铜和钴进行化学机械抛光,深入分析了抛光液组分包括硅溶胶磨料、FA/O螯合剂以及非离子表面活性剂对两种金属去除速率的影响规律及作用机理。实验结果表明,铜和钴的去除速率随着磨料质量分数的增加而升高,并且在磨料质量分数低于5%时钴的去除速率为20~30 nm/min,而铜的去除速率几乎为零;加入FA/O螯合剂可增强其与金属离子的络合,从而加快铜和钴的去除速率;非离子表面活性剂可以有效降低铜和钴的表面粗糙度。在抛光液各组分的协同作用下,可以达到两种材料的低表面粗糙度和高去除速率选择性。     

CMP抛光液对TiO2薄膜表面粗糙度的影响

采用自主配制的碱性抛光液对TiO2薄膜进行了化学机械抛光(CMP),研究了在TiO2薄膜CMP加工过程中,碱性抛光液中的SiO2磨料、螯合剂、表面活性剂的体积分数和抛光液pH值对TiO2薄膜表面粗糙度的影响,并进行了参数优化。实验结果表明,在一定的抛光条件下,选用SiO2磨料体积分数为20%、螯合剂体积分数为1.0%、非离子表面活性剂体积分数为5.0%和pH值为9.0的碱性抛光液,抛光后TiO2薄膜表面没有划痕等抛光缺陷,表面粗糙度为0.308 nm,TiO2薄膜去除速率为24 nm/min,在保证抛光速率的同时降低了TiO2薄膜表面粗糙度,满足工业化生产要求。     

CMP抛光液对TiO_2薄膜表面粗糙度的影响北大核心CSCD

采用自主配制的碱性抛光液对TiO2薄膜进行了化学机械抛光(CMP),研究了在TiO2薄膜CMP加工过程中,碱性抛光液中的SiO2磨料、螯合剂、表面活性剂的体积分数和抛光液pH值对TiO2薄膜表面粗糙度的影响,并进行了参数优化。实验结果表明,在一定的抛光条件下,选用SiO2磨料体积分数为20%、螯合剂体积分数为1.0%、非离子表面活性剂体积分数为5.0%和pH值为9.0的碱性抛光液,抛光后TiO2薄膜表面没有划痕等抛光缺陷,表面粗糙度为0.308 nm,TiO2薄膜去除速率为24 nm/min,在保证抛光速率的同时降低了TiO2薄膜表面粗糙度,满足工业化生产要求。     

300mm铜膜低压低磨料CMP表面粗糙度的研究

随着集成电路特征尺寸的减小、低k介质的引入及晶圆尺寸的增加,如何保证在低压无磨料条件下完成大尺寸铜互连线平坦化已经成为集成电路制造工艺发展的关键。采用法国Alpsitec公司的E460E抛光机在低压低磨料的条件下,研究了12英寸(1英寸=25.4 mm)无图形(blanket)铜膜CMP工艺和抛光液配比对抛光表面质量的影响。实验结果表明,在压力为0.65 psi(1 psi=6.89×103 Pa),抛光液主要成分为体积分数分别为5%的螯合剂、2%的氧化剂和3%的表面活性剂。抛光后表面无划伤,表面非均匀性为0.085,抛光速率为400 nm.min-1,表面粗糙度为0.223 nm,各参数均满足工业化生产的需要。     

ULSI铜布线阻挡层Ta CMP及抛光液的研究

ULSI多层铜互连线中,由于Cu与Ta的硬度不同带来抛光速率的差异,使得在CMP过程中各种缺陷如碟形坑缺陷、磨蚀缺陷极易发生。研究分析了H2O2、有机碱对Cu和Ta抛光速率的影响,并进行了不同抛光液配比的试验。实验证明,在温度为30℃、压力0.08 MPa,转速60 r/min、抛光液流量为160 mL/min、抛光液成份为V(H2O2)∶V(有机碱)∶V(活性剂)∶V(螯合剂)=5∶15∶15∶25时,抛光速率一致性较好,能够有效降低碟形坑的出现几率;Cu、Ta的抛光速率均为500 nm/min左右,实现了CMP的全局平坦化。     

碱性条件下铝CMP的机理分析及实验优化

依据铝的电化学腐蚀特性,阐明了碱性条件下铝化学机械抛光(CMP)的机理。由于铝的硬度较低,在抛光过程中容易产生微划伤等缺陷,因此首先探索出适宜铝化学机械抛光的低压条件(4 psi,1 psi=6.895 kPa)。此外,提出两步抛光的方法,在抛光初期采用压力4 psi,抛光液由质量分数为40%的纳米级硅溶胶与去离子水(DIW)以体积比1∶1配制,氧化剂(H2O2)体积分数为1.5%,FA/O I型表面活性剂体积分数为1%,调节FA/OⅡ型螯合剂pH值为11.0,获得了较高的铝去除速率(341 nm/min)。在抛光后期采用低压1.45 psi,抛光液主要成分为体积分数5%的FA/O表面活性剂,并在较大体积流量(300 mL/min)的条件下进行抛光,充分利用表面活性剂的作用,对实验方案进行优化。采用优化后的实验方案,铝表面的划伤和缺陷显著减少。     

ULSI铜互连线CMP抛光液的研制

介绍了一种碱性抛光液,选用有机碱做介质,SiO2水溶胶做磨料,依据强络合的反应机理,克服了SiO2水溶胶做磨料对铜去除速率低及在溶液中凝胶的难点.实验结果表明:该抛光液适用于Cu化学机械抛光过程第一阶段的抛光,并达到了高抛光速率及铜/钽/介质层间的高选择性的效果.     

一种有效解决Cu CMP后残留二氧化硅颗粒的清洗液

摘要：在本文中提出了一种新型有效去除二氧化硅颗粒的FA/O清洗液,其主要成分包括FA/OII型螯合剂和FA/O型活性剂。这种清洗液能够同时去除以物理和化学吸附在晶圆表面的硅溶胶颗粒。 在本文实验过程中通过改变螯合剂和活性剂的浓度, 得出最佳清洗浓度。并且,讨论了这种FA/O碱性清洗剂去除硅溶胶颗粒的机理。根据实验结果可知,FA/OII型螯合剂和活性剂都能够有效去除硅溶胶颗粒。当FA/OII型螯合剂和FA/O活性剂达到最佳配比时,这种新型清洗液能够有效去除硅溶胶颗粒。     

A study on the chemical mechanical polishing of oxide film using a zirconia (ZrO2)-mixed abrasive slurry (MAS)

We have studied the chemical mechanical polishing (CMP) characteristics of mixed abrasive slurry (MAS) retreated by adding of zirconium oxide (ZrO₂) abrasives within 1:10 diluted silica slurry. These mixed abrasives in the MAS are evaluated with respect to their particle size distribution, surface morphology, and CMP performance such as removal rate and non-uniformity. As an experimental result, the comparable slurry characteristics when compared to the original silica slurry were obtained from the viewpoint of high removal rate and low non-uniformity for excellent CMP performance. Therefore, our proposed ZrO₂-MAS can be useful to save on the high cost of slurry consumption since we used a 1:10 diluted silica slurry.     

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.     

化学机械抛光浆料研究进展

化学机械抛光(CMP)作为目前唯一可以实现全面平坦化的工艺技术,已被越来越广泛地应用到集成电路芯片、计算机硬磁盘和光学玻璃等表面的超精密抛光.介绍了CMP技术的发展背景,以及目前国内外抛光浆料的研究现状,并根据CMP浆料磨料的性质,将其分为单磨料、混合磨料和复合磨料浆料,对每一种浆料做了总体描述.详细介绍了近年来发展的复合磨料制备技术及其在CMP中的应用,并展望了CMP技术的发展前景以及新型抛光浆料的开发方向.     

不同压力下螯合剂浓度在碱性Cu CMP中的影响

We propose the action mechanism of Cu chemical mechanical planarization(CMP) in an alkaline solution.Meanwhile,the effect of abrasive mass fraction on the copper removal rate and within wafer non-uniformity(WIWNU) have been researched.In addition,we have also investigated the synergistic effect between the applied pressure and the FA/O chelating agent on the copper removal rate and WIWNU in the CMP process.Based on the experimental results,we chose several concentrations of the FA/O chelating agent,which added in the slurry can obtain a relatively high removal rate and a low WIWNU after polishing,to investigate the planarization performance of the copper slurry under different applied pressure conditions.The results demonstrate that the copper removal rate can reach 6125 °/min when the abrasive concentration is 3 wt.%.From the planarization experimental results,we can see that the residual step height is 562 ° after excessive copper of the wafer surface is eliminated.It denotes that a good polishing result is acquired when the FA/O chelating agent concentration and applied pressure are fixed at 3 vol% and 1 psi,respectively.All the results set forth here are very valuable for the research and development of alkaline slurry.     

钽抛光及抛光机理的探究

为拓宽CMP技术应用领域,研究了中国工程物理研究院机械制造工艺研究所提供的钽片的抛光,打破过去以机械加工为主的加工手段,采用提高化学作用的方法,加入螯合剂、有机碱、活性剂等助剂,对钽进行抛光.结果发现,钽表面的粗糙度较小,表面状态良好,说明增强化学作用可以提高抛钽效果.对钽的CMP机理做了分析与推测,为钽CMP进一步研究奠定了基础.