TSV铜抛光液的研究进展

对硅通孔技术(TSV)在3D堆叠封装领域的优势进行了简单阐述,同时指出化学机械抛光(CMP)技术作为具有高质量和高精度的全局平坦化工艺,是TSV制备过程中最重要的步骤之一。影响化学机械抛光质量以及效率的因素有很多,其中比较关键的是化学机械抛光液的组成成分及其性能。重点从抛光速率、抛光质量(抑制碟形坑、表面粗糙度等)和绿色环保几个方面对抛光液性能的影响进行了讨论,概述了近年来国内外铜抛光液的研究进展。最后,通过对比总结目前铜抛光液的研究成果,对TSV铜抛光液今后的研究重点和发展趋势进行了分析和预测,其应朝着抛光速率和抛光质量的优化、低成本及环境友好的方向发展。     

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%。     

磨料粒径对多层Cu布线CMP的影响北大核心

阐述了碱性抛光液中磨料的质量传递作用对多层Cu布线化学机械抛光(CMP)过程中抛光速率和抛光后晶圆表面状态的影响,通过对比不同磨料粒径抛光液在3英寸(1英寸=2.54 cm)铜晶圆上的抛光实验结果,分析了不同磨料粒径抛光液的抛光速率以及抛光后晶圆的表面状态,选择了一种粒径为100 nm、质量分数为3%的磨料,粗抛(P1)的抛光速率达到650 nm/min,抛光后晶圆表面粗糙度由10.5 nm降至2.5 nm,大大提高了抛光后晶圆的表面状态以及平坦化效果,可对多层Cu布线CMP过程中磨料的选择提供一定的参考。     

镁合金抛光机理与CMP工艺研究

将化学机械抛光(CMP)技术引入到镁合金片(MB2)的抛光中,打破过去镁合金以单一化学或机械加工为主的加工手段,用自制的抛光液对镁合金片进行抛光实验。结果发现,抛光液中加入双氧水易产生胶体,不利于抛光的进行,因此提出无氧化剂SiO2碱性抛光。同时分析了镁合金的抛光机理,抛光中压力、转速和抛光液流量参数对抛光过程的影响,利用Olympus显微镜对抛光前后镁合金表面进行观察,通过合理控制工艺参数,能够得到较佳的镁合金抛光表面,远优于单一的机械加工,为镁合金抛光工艺和进一步研究抛光液的配比奠定了基础。     

磷化铟的化学机械抛光技术研究进展

磷化铟单晶作为一种重要的外延层衬底材料被广泛应用于光电器件.衬底外延生长和电子器件制备要求磷化铟晶片表面具有极低的表面粗糙度、无表面/亚表面损伤和残余应力等,需对磷化铟晶片表面进行抛光加工,其表面质量决定了后续的外延层质量并最终影响磷化铟基器件的性能.综述了磷化铟晶体化学机械抛光(CMP)技术进展;介绍了磷化铟表面的化学反应原理、CMP去除机理;详细分析了磷化铟抛光液组分及pH值、抛光工艺参数(抛光压力、抛光盘转速、抛光垫特性、磨料种类、粒径及浓度)等对磷化铟抛光质量的影响;介绍了磷化铟抛光片的清洗工艺,并对磷化铟CMP的后续研究方向提出一些建议.     

氮化镓化学机械抛光中抛光液的研究进展

氮化镓(GaN)因具有耐酸碱、硬度大等特点使其难以进行精密加工。因此,高效实现GaN的化学机械抛光(CMP)成为了一个技术难题。CMP过程中,抛光液的组分及其性质对抛光效果起决定性的作用。对近年来应用于GaN CMP抛光液中的磨料、氧化剂、表面活性剂、光催化剂等重要组分的抛光效果及作用机理进行了回顾。主要可以归纳为磨料逐渐从单一磨料向复合磨料方向发展,阴离子表面活性剂较其他活性剂效果更好;同时,发现主流的GaN CMP过程为先氧化再去除,因此氧化剂和光催化剂逐渐成为了研究热点。最后对GaN CMP的未来研究方向进行了展望。     

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。     

硒化镉晶片的化学机械抛光

硒化镉(CdSe)的表面加工质量对CdSe基器件的性能至关重要.化学机械抛光(CMP)是一种获得高质量晶体加工表面的常用方法.为改善CdSe晶片的表面加工质量,以SiO2水溶胶配制抛光液,研究了抛光液磨料质量分数、抛光液pH值、氧化剂NaClO的质量分数、抛光盘转速和抛光时间等因素对CdSe晶片抛光去除速率和表面质量的影响,优化了CdSe的CMP工艺参数.结果表明,在优化工艺条件下,CdSe的平均去除速率为320 nm/min,晶片的抛光表面无明显划痕和塌边现象.原子力显微镜(AFM)测量结果表明,抛光后的CdSe晶片表面粗糙度为0.542 nm,可以满足器件制备要求.     

碱性条件下硬盘NiP基板抛光速率正交试验分析

利用单面抛光机和SiO2碱性抛光液进行了以硬盘NiP基板CMP去除速率为考核指标的工艺试验.针对抛光速率是受各个工艺因素共同影响这一特性,应用正交试验方法分析了CMP中5个重要工艺参数(抛光压力、抛光液流量、抛光盘转速、抛光液浓度,氧化剂质量分数)对硬盘NiP基板抛光去除速率的影响规律,并结合抛光机理对其进行了分析.试验分析表明,抛光压力为0.2 MPa,抛光液流量为500 mL/min,抛光盘转速为50 r/min,磨料质量分数为20%,氧化剂体积分数为0.3%时,可以得到较高的抛光速率,为740 nm/min.     

CMP工艺参数对TiO_2薄膜去除速率的影响

在TiO2薄膜化学机械抛光(CMP)加工过程中,TiO2薄膜的材料去除速率(MRR)非常重要。对抛光工艺参数进行了优化研究,CMP实验采用自主配制的碱性抛光液对TiO2进行抛光,研究了抛光压力、抛光液流量、抛光头转速和抛光盘转速对材料去除速率的影响。实验结果表明:在抛光压力为1 psi(1 psi=6 895 Pa)、抛光液流量为250 mL/min、抛光头转速为87 r/min、抛光盘转速为80 r/min的工艺条件下,TiO2薄膜去除速率达到61.2 nm/min,既节约了成本又保证了较高的材料去除速率。     

阴离子对铜化学机械抛光的影响

在化学机械抛光过程中,抛光液的组成对抛光速率和表面质量有重要影响。利用自制抛光液,研究了在过硫酸铵体系抛光液中不同阴离子(硝酸根离子、溴离子、氯离子)对抛光速率的影响;采用动电位极化扫描技术对各抛光液在金属表面的成膜性能进行分析。结果表明,硝酸根离子的加入加快了阳极溶解反应,低浓度硝酸根离子的加入对抛光速率影响的波动性较大,随着浓度的增加抛光速率逐渐趋于初始值;随着氯离子(≥1mmol/L)或溴离子浓度的增加,抛光液的氧化性能降低,抛光速率不断降低;当溴离子浓度为0.1mmol/L时,Icorr值最小,抛光时对金属铜表面腐蚀程度较小。     

Chemical-Mechanical polishing of parylene- n films: evaluation by X-Ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy

The surface quality of parylene-N(PA-N) films, as determined by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM), after chemical-mechanical polishing (CMP), is influenced mostly by two factors: quality of the as-deposited film and the slurry composition. The higher the quality of the as-deposited film (more specifically, less oxygen content), the higher the quality of the polished film. The XPS and AFM results show that PA-N film polished in 1% A1₂O₃ abrasive (0.3 Μm particles), NH₄OH (2% by volume), and water, has better quality compared to the other slurries investigated. With high quality PA-N films, the film surface quality affected by CMP is relatively independent of polishing time, indicating that changes in surface chemistry occur in the initial seconds of polishing.     

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.     

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.     

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.     

Polishing behaviors of single crystalline ceria abrasives on silicon dioxide and silicon nitride CMP

The effects of single crystalline ceria (CeO₂) abrasives in chemical mechanical polishing (CMP) slurries were investigated for silicon dioxide (SiO₂) and silicon nitride (Si₃N₄) CMP process. The size of ceria abrasives was controlled by varying hydrothermal reaction conditions. Polishing removal rate was measured with four slurries, with different mean primary particle size of 62, 116, 163 and 232 nm. The polishing results showed that the single crystalline ceria abrasives were not easily broken-down by mechanical force during CMP process. It was found that the removal rate of oxide and nitride film strongly depend upon abrasive size, whereas the surface uniformity deteriorates as abrasive size increases. The observed polishing results confirmed that there exists an optimum abrasive size (163 nm) for maximum removal selectivity between oxide and nitride films. The polishing behavior of the single crystalline ceria abrasives was discussed in terms of morphological properties of the abrasive particle.     

碱性抛光液在CMP过程中对低k介质的影响

以p型111硅片为衬底,经过旋涂固化制备低介电常数(低k)材料聚酰亚胺。经过化学机械抛光(CMP)过程,考察实验前后低k材料介电性能的变化。实验中分别使用阻挡层抛光液、Cu抛光液以及新型抛光液对低k材料进行抛光后,利用电参数仪对低k材料进行电性能测试。结果显示,低k材料介电常数经pH值为7.09新型抛光液抛光后,k值由2.8变为2.895,漏电流在3.35 pA以下,去除速率为59 nm/min。经新型抛光液抛光后的低k材料,在电学性能等方面均优于阻挡层抛光液和Cu抛光液,抛光后的低k材料的性能能够满足应用要求。