TSV硅衬底CMP后表面微粗糙度分析与优化

为实现TSV硅衬底表面微粗糙度及去除速率的优化,对影响TSV硅衬底精抛后表面微粗糙度的关键因素——抛光液组分的作用进行分析。采用正交实验方法进行精抛液组分(包括有机胺碱、螯合剂、磨料和活性剂)配比控制的组合实验。实验结果表明,抛光液组分中活性剂体积分数对CMP过程中硅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条件下,CMP后硅衬底表面微粗糙度可有效降到0.272 nm(10μm×10μm),去除速率仍可达到0.538μm/min。将优化后的抛光液与生产线上普遍采用的某国际商用抛光液进行对比,在抛光速率基本一致的条件下,粗糙度有效降低50%。     

有机胺碱对硅通孔铜膜化学机械抛光的影响

有机胺碱可与铜离子反应且产物在碱性条件下溶于水,这为硅通孔(TSV)铜膜的碱性化学机械抛光(CMP)提供了有利条件.研究了大分子有机胺碱对铜膜化学机械抛光的影响.首先测试了不同体积分数有机胺碱对碱性抛光液中磨料粒径和Zeta电位的影响,然后在直径3英寸(1英寸=2.54 cm)铜片上模拟了不同体积分数有机胺碱对铜去除速率的影响.实验结果表明:有机胺碱对抛光液中磨料粒径和Zeta电位没有影响;随着有机胺碱体积分数的增加,铜的去除速率先快速增加,达到一峰值后趋于稳定,最后略有下降;当有机胺碱的体积分数为5％时,TSV图形片铜膜去除速率达到最高值2.1tμm/min,剩余铜膜总厚度差减小到1.321 76 nm,实现了纳米级的化学机械抛光.     

碱性阻挡层抛光液各成分对CMP的影响

为实现图形片的全局平坦化,通过研究碱性阻挡层抛光液各成分对铜和介质(TEOS)去除速率的影响,遴选出一种碱性阻挡层抛光液。在此抛光液基础上添加不同质量分数的盐酸胍,对钽光片进行抛光,选出满足要求的抛光液,并在中芯国际图形片上验证此抛光液的修正能力。实验表明,当磨料质量分数为20%、盐酸胍质量分数为0.3%、I型螯合剂(FA/O I)体积分数为1%、非表面活性剂体积分数为3%时,钽和TEOS去除速率之和是铜去除速率的3.3倍,此种碱性阻挡层抛光液对钽的去除速率为42 nm/min,各项参数均满足工业要求。与商用酸性、碱性抛光液相比,该抛光液对碟形坑和蚀坑有更好的修正能力。     

一种含有盐酸胍的新型TSV抛光液

本文中,对一种新型的含有盐酸胍的TSV抛光液在CMP(化学机械平坦化)中的性能进行了研究,该TSV抛光液是一种碱性抛光液,并且不含任何抑制剂。在抛光过程中,盐酸胍作为一种有效的表面复合单元,相对于铜和介质的去除速率,钛的去除速率是可以通过调节选择性来控制的。在TSV生产过程中对于表面蝶形坑的修正及得到好的表面平整度是有利的。本文主要研究了抛光液成分的作用机理以及盐酸胍在TSV抛光液中的巧妙应用。     

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。     

低PH值螯合剂在TSV抛光液中的应用

硅通孔技术(Through Silicon Via,TSV)是一种新兴的技术,与传统的封装技术相比,硅通孔技术实现了芯片的微型化,并且使摩尔定律得以进一步扩展。化学机械抛光(CMP)是TSV技术中的关键步骤之一,低压低磨料低PH值是CMP抛光液的主要发展趋势。本文研究了含有FA / O II型螯合剂的抛光液和含有FA / O IV型螯合剂的抛光液在CMP过程中的影响。本实验中使用的抛光液都是碱性抛光液,并且不含任何抑制剂。对比实验结果我们可以知道不论是在铜膜的去除速率还是抛光后铜膜表面的粗糙度,低PH值的FA / O IV型螯合剂都明显优于FA / O II类螯合剂。     

半导体器件硅衬底化学机械平坦化研究

主要对分立器件硅衬底化学机械平坦化(CMP)进行了研究。首先通过正交实验方法研究活性剂、螯合剂、磨料浓度和有机碱对硅材料去除速率的影响,得出活性剂体积分数对去除速率的影响最大,并且研究出去除速率最快的抛光液的最优配比,去除速率可以达1 410nm/min。同时平坦化后的硅衬底具有良好的表面状态:表面粗糙度仅为0.469nm,表面总厚度变化小于工业标准指标5μm。在考虑工艺影响的情况下,硅衬底制造双极型晶体管的成品率达到90%以上,满足工业成品率要求。     

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。     

不同抛光参数对蓝宝石衬底CMP质量的影响

蓝宝石衬底化学机械抛光(CMP)质量直接影响器件的成品率和可靠性。抛光液和抛光工艺参数是影响CMP质量的决定性因素。为了得到更优的抛光液利用率以及更好的抛光效果,系统研究了自主研制的抛光液pH值、抛光压力、转速和流量等抛光参数对c面蓝宝石衬底化学机械抛光去除速率和表面粗糙度的影响。结果表明,去除速率随pH值、抛光压力、转速和流量的升高先增加后减小;表面粗糙度随pH值、抛光压力、转速的升高先减小后增加,随流量升高而慢慢降低。通过实验进行优化,当pH值为10.5、抛光压力为27.6 kPa、抛光头转速为40 r/min、抛光盘转速为45 r/min、流量为160 mL/min时,去除速率能稳定在2.69 μm/h,表面粗糙度为0.184 nm。此规律对指导工业生产具有重要的意义。     

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。