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。     

化学机械抛光的理论模型研究综述

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是当今唯一能够提供全局平面化的技术,其抛光机理的研究是当前的热点.综述了考虑抛光液和抛光垫特性的抛光机理模型,分析了各模型的相关特点,最后对CMP模型的发展和研究方向提出展望.     

化学机械抛光中抛光垫材料的研究与展望

在化学机械抛光中,抛光垫的材料是重要影响因素之一,它直接影响着抛光效果。本文介绍了化学机械抛光垫的基本材料、材料特性及其对抛光效果的影响,目前化学机械抛光加工中所采用的抛光垫材料及主要用途,对各种抛光垫材料在抛光过程中存在问题进行了分析,同时展望了抛光垫材料的发展趋势。     

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。     

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CMP抛光液。采用单因素法,试验改变抛光液内组份的含量对抛光速率和抛光件表面质量的影响,以确定抛光液中各组分的最佳含量区间。找到化学作用与机械作用的最佳结合点,使两者的作用效果得到良好的匹配,才能获得高去除率、平面度好、无表面损伤的加工工艺。     

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。     

硅衬底的化学机械抛光工艺研究

在分析硅衬底CMP的动力学过程基础上,提出了在机械抛光去除产物过程中,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氧化铈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抛光过程的重要因素,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.抛光后清洗,抛光雾得到了有效控制.     

化学机械抛光垫沟槽形状的研究及展望

在化学机械抛光过程中,沟槽形状是抛光垫性能的重要影响因素之一,它会直接影响抛光效果。本文介绍了化学机械抛光垫上沟槽的基本形状及其对抛光效果的影响,以及不同复合形状的抛光垫沟槽及其对抛光效果的影响,并就研究中现存的主要问题提出展望。     

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.     

抛光液化学成分对钨化学机械抛光效果的影响研究

化学机械抛光工艺(CMP)能够更好地满足光刻对平坦度的要求,因而被广泛应用于半导体制造工艺中。化学机械抛光液的不同成分将会直接影响到钨的抛光效果,从而影响到超大规模集成电路(ULSI)制备的成品率和可靠性。通过调配不同的氧化剂、蚀刻剂和配位剂组成的抛光液,进行抛光加工实验。当氧化剂和蚀刻剂含量比较低时,随着氧化剂和蚀刻剂的含量增加,抛光效果近似线性的提高,达到一定值以后,随着氧化剂的继续增加,抛光效果反而下降。当氧化剂H2O 2的含量为4%、Fe(N O 3)3浓度为0.05%时抛光效果最佳。使用浓度为20%的2μm的Al2O 3磨粒,抛光最后表面粗糙度Ra能达到0.198 nm。     

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。     

考虑氧化作用的CMP接触去除模型分析

针对目前大多数化学机械抛光(CMP)材料去除模型没有考虑到氧化薄膜作用的现象,提出一种考虑氧化后的芯片与磨粒之间的接触模型,该模型的建立基于接触力学理论和接触微凸体由弹性变形向弹塑性变形及最终向完全塑性变形的转化过程,并将该模型与传统的塑性去除模型进行了对比分析。结果表明:低压CMP精抛过程中,磨粒在外载荷的作用与氧化后的芯片表面发生接触去除,且随着工作载荷的增大,芯片表面的压痕深度、卸载回弹量、最大应力和材料去除量也随之增大;当载荷为1200-4250n N时,芯片弹塑性接触去除率小于传统理想塑性接触去除率;当载荷约为1650n N时,相对误差达到最大值28%。因此,氧化后的芯片与磨粒并非简单的塑性去除,考虑氧化后的芯片去除将更有利于后续精确地统计实际CMP去除率,为进一步优化CMP工艺提供一定的理论基础。     

集成电路钴化学机械抛光缺陷控制的研究进展

钴(Co)因拥有较低的电阻率、良好的热稳定性、与Cu黏附性好等优点,可以替代钽(Ta)成为铜(Cu)互连结构的阻挡层;当特征尺寸减小到10 nm后,由于Co良好的抗电迁移能力,可以在很薄的阻挡层上实现无空隙填充,作为理想的互连金属候选材料,表现出了巨大的应用潜力。但由于Co的反应活性较强,以及不同金属材料之间的腐蚀电位差异,在化学机械抛光(CMP)过程中容易形成点蚀和电偶腐蚀缺陷,严重影响器件的性能,而成为研究的热点。综合分析近年来关于钴CMP过程中表面缺陷的产生及控制的相关研究,重点分析抛光液中的络合剂、缓蚀剂等成分对于钴表面缺陷的产生以及控制的作用机制;指出在碱性环境下,选择合适的缓蚀剂和络合剂以及利用不同缓蚀剂的协同作用,可以有效控制点蚀缺陷的发生,并指出量子化学可从分子层面上定性定量地分析抛光液中各试剂的相互协同机制,为抛光液的设计提供理论支撑。     

Nano particles’ behavior in non-Newtonian slurry in mechanical process of CMP

Thin fluid film is thought to be formed between the wafer surface and the pad asperity. Hydrodynamic pressure on the surface asperity is periodically generated when particles are passing through it. Fatigue fracture occurs under the effect of periodic pressure, and the fatigue begins from the top to the bottom of the asperity. The removal rate is calculated based on the energy-balance fracture theory. Particle size and its relative velocity are important parameters that affect the polishing effect. Using the multiphase model and the power–law viscosity model of the slurry, particle’s velocity and its distribution in the slurry are numerically calculated. The results indicate that the slurry film thickness needs to be in the same order of the particle size that the particle can generate effective hydrodynamic pressure to remove the asperity materials.     

铜互连CMP工艺中缓蚀剂应用的研究进展*

抛光液是铜互连CMP的关键要素之一,在CMP中每种成分发挥不同的功能,其中缓蚀剂的选择及性能对抛后的表面质量会产生直接影响。对近年来铜互连CMP中各类缓蚀剂的研究进展以及缓蚀剂与不同类型添加剂间的复配协同进行归纳总结,同时介绍缓蚀剂与不同类型添加剂间的作用机制。最后对未来铜互连CMP中缓蚀剂的应用前景进行展望,指出绿色环保的铜互连CMP缓蚀剂的开发,通过缓蚀剂的复配协同作用以提高抛光质量,以及从微观角度进一步揭示缓蚀剂的作用机制是未来的研究方向。     

添加剂对电诱导GaN晶片化学机械抛光的影响

为研究添加剂对氮化镓(GaN)晶片化学机械抛光(CMP)材料去除率的影响,采用直流电源对n型GaN晶片进行电化学刻蚀,利用X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)研究电诱导辅助下GaN晶片CMP过程中,对苯二甲酸(PTA)和H₂O₂对其材料去除的影响。结果表明:在添加电流的条件下,随着H₂O₂体积分数增大,GaN材料去除率先升高后降低;随着PTA浓度的增加,GaN材料去除率先增加后减少;在H₂O₂体积分数为4%,PTA浓度为10 mmol/L条件下,GaN晶片的化学机械抛光材料去除率最高,为693. 77 nm/h,抛光后GaN晶片表面粗糙度为0. 674 nm;通过XPS分析,电诱导后GaN晶片表面的Ga₂O₃含量增加,表明电流作用促进了GaN材料表面的氧化腐蚀作用,进而提高了其CMP材料去除速率。     

CMP过程磨粒压入芯片表面深度的影响因素分析

根据芯片/磨粒/抛光盘三体接触当量梁的弯曲假设,建立了更加准确合理的CMP过程磨粒压入芯片表面深度的理论模型。新模型包含了更加丰富的信息,包括磨粒的直径、磨粒的浓度、磨粒的密度、抛光盘的弹性模量、芯片的表面硬度,特别是磨粒的浓度和密度的影响,在前人的模型中往往被忽视。最后对理论模型进行了试验验证,结果表明,理论预测规律与试验结果基本一致。     

有机碱对铜CMP材料去除率作用的实验研究

分别使用几种有机碱作为络合剂、SiO2水溶胶为磨料、H2O2为氧化剂,复配后分别进行相同工艺参数的抛光试验。试验结果表明:乙二胺强络合作用明显,对铜的去除率最大可以达到850.8 nm/min,表面粗糙度Ra=13.540°A;二羟基乙基乙二胺和二乙醇胺去除率较低,本试验中最大分别为71.8 nm/min和25.1 nm/min。乙二胺适合用于碱性环境下的ULSI铜抛光液,材料去除率较高的原因是有效的强络合作用与抛光参数相匹配以及化学作用和机械作用动态平衡的结果。     

用于光学玻璃CMP的高效稀土抛光液研究

以纳米二氧化铈(CeO₂)为磨料,使用球磨与不同化学试剂(如pH值调节剂乙酸、丙酸、植酸和分散剂离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂)的协同分散方法制备纳米CeO₂抛光液,研究酸性体系下不同抛光液的分散性能与抛光性能。研究表明,球磨时以乙酸为pH值调节剂,调节溶液pH值为3,料球比为1∶4,球磨时间为6 h,球磨后纳米CeO₂悬浮液分散效果较好。采用制备的纳米CeO₂抛光液对石英玻璃进行抛光实验。结果表明：在磨料质量分数为1%、pH为4的条件下,石英玻璃的材料去除速率最高为409 nm/min,粗糙度仅为0.03 nm;阳离子、非离子型表面活性剂均有助于提升酸性体系下CeO₂悬浮液的分散稳定性,而加入非离子表面活性剂AEO-9(脂肪醇聚氧乙烯醚)效果最佳,其能够在提高分散稳定性的基础上改善石英玻璃的表面质量。     

表面活性剂在集成电路多层布线CMP工艺中的应用研究

随着集成电路(IC)特征尺寸不断缩小,集成电路多层布线加工精度面临更高的要求,而化学机械抛光(CMP)凭借化学腐蚀和机械磨削的耦合协同作用,成为实现晶圆局部和全局平坦化的唯一可靠技术。抛光液作为CMP工艺中关键要素之一,其主要成分表面活性剂的选择以及含量会严重影响晶圆的表面质量。介绍表面活性剂的特性及其类型,回顾近年来国内外表面活性剂在集成电路多层布线相关材料CMP中的应用及作用机制,归纳总结得出表面活性剂在CMP过程中可以起到缓蚀保护、增强润湿、分散磨料、去除晶圆表面残留污染等多种作用,具有广泛的应用领域。同时,对表面活性剂在CMP中的应用前景进行了展望。