化学机械抛光液的研究进展

化学机械抛光（CMP）技术是集成电路制造中获得全局平坦化的一种重要手段,化学机械抛光液是影响抛光质量和抛光效率的关键因素之一,而抛光液中的磨粒和氧化剂决定了抛光液的各项化学机械抛光性能。将抛光液磨粒分为单一磨粒、混合磨粒以及复合磨粒,综述了近年来国内外化学机械抛光液磨粒发展现状,其中重点分析和总结了SiO2、Al2O3、CeO2三种单一磨粒,SiO2/Al2O3、SiO2/SiO2、SiO2/CeO2混合磨粒,CeO2@SiO2、PS@CeO2、PS@SiO2、sSiO2@mSiO2、PMMA@CeO2、PS@mSiO2等核-壳结构复合磨粒,Co、Cu、Fe、Ce、La、Zn、Mg、Ti、Nd等离子掺杂复合磨粒的研究和应用现状,并针对目前存在的问题进行了详细的分析。针对目前化学机械抛光液不同材料氧化剂（高锰酸钾和过氧化氢）的选择和使用进行了分析总结。此外,介绍了一种新型绿色环保抛光液的研究和使用情况,同时对化学机械抛光液存在的共性问题进行了总结,最后展望了化学机械抛光液未来的研究方向。     

钇铝石榴石晶体化学机械抛光液成分优化研究

钇铝石榴石(YAG)晶体由于其优异的物理化学和光学性能,广泛用作激光器的激光增益介质.然而,目前的加工方法很难满足YAG晶体的高效高质量加工.基于传统硅溶胶抛光液的抛光机理,配制一种化学机械抛光液,并通过正交试验优化化学机械抛光液的成分配比.使用优化后的抛光液抛光YAG晶体,其化学机械抛光材料去除率提升至34 nm/m...     

5083铝合金绿色化学机械抛光液对表面粗糙度的影响及机理分析

目的 为提高5083铝合金的表面质量,研制一种环境友好型化学机械抛光液,并分析5083铝合金化学机械抛光液对表面粗糙度的影响及作用机理。方法 使用绿色环保的化学机械抛光液对5083铝合金进行化学机械抛光。采用单因素控制变量法,分析不同的p H调节剂类型、p H值以及过氧化氢（H2O2）浓度对铝合金化学机械抛光后表面粗糙度的影响规律。采用电化学工作站,分析5083铝合金在不同抛光液中的静态腐蚀特性。运用X射线光电子能谱仪（XPS）分析5083铝合金在不同抛光液下表面元素化学组分的变化。结果 绿色环保抛光液的主要成分为去离子水、4%（质量分数）的二氧化硅磨粒、2.0%（质量分数）的H₂O₂和柠檬酸,并调节pH至3.0。5083铝合金进行化学机械抛光后,在70μm×50μm的扫描范围内铝合金表面粗糙度最低为0.929 nm。结论 电化学试验和XPS测试的分析表明,柠檬酸可加快抛光液对铝合金的腐蚀,H₂O₂使铝合金表面形成氧化层,减缓抛光液对铝合金的腐蚀。氧化层的主要成分为Al₂O     

新型钢抛光液中磨料的种类及其性能研究进展

磨料在抛光液中主要起机械作用,磨料的理化性质,如硬度、粒径、浓度等,是影响化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)性能的重要因素,对抛光效率有较大影响。针对我国抛光液对外依赖、需求量大,但精度等指标达不到市场要求等问题,同时由于磨料在抛光液的抛光性能中起着至关重要的作用,因此寻求效果更好的改性磨料或新型磨料材料,以促进化学机械抛光技术的发展势在必行。故此,归纳汇总近年来国内外研制出的新型钢抛光液,聚焦于抛光液磨料这一重要组分中不同物质的物化性质及其作用,对抛光性能(如材料去除率、表面粗糙度和光泽度等)的影响等,分类别阐述了不同物质的优劣势、复配协同作用以及在现有抛光液中的效果,为之后抛光液配方研究中磨料的选择提供参考。归纳总结发现,混合与复合磨料较单一磨料有较大的提升,稀土掺杂、核/壳结构等改进存在较大的研究价值,组分间的复配协同作用对抛光性能的提升有一定作用。最后,基于目前钢抛光液应用中存在的问题以及现有的具有前景的技术,对钢抛光液中磨料的发展进行了展望。     

抛光液pH值、温度和浓度对蓝宝石抛光效率的影响

目的研究抛光液pH值、温度和浓度对化学机械抛光蓝宝石去除率的影响,以提高抛光效率。方法采用CP4单面抛光试验机对直径为50.8 mm C向蓝宝石晶元进行化学机械抛光,通过电子分析天平对蓝宝石抛光过程中的材料去除率进行了分析,采用原子力显微镜(AFM)对蓝宝石晶元抛光前后的表面形貌和粗糙度(Ra)进行了评价。结果蓝宝石在化学机械抛光过程中的材料去除率均随抛光液pH值和温度的升高呈先增大后减小趋势。当抛光原液与去离子水按1:1的体积比混合配制抛光液,KOH调节pH值为12.2,水浴加热抛光液35℃时,蓝宝石抛光的材料去除率(MRR)达到1.119μm/h,Ra为0.101 nm。结论随着pH的增大,化学作用逐渐增强,而机械作用逐渐减弱,在pH为12.2的时候能达到平衡点,此时的MRR最佳;随着温度的升高,化学作用逐渐增强,而机械作用保持不变,抛光液温度为35~40℃时,化学作用与机械作用达到平衡,MRR最佳,当温度高于40℃后,抛光液浓度明显增大,而过高的浓度会导致MRR的减小。抛光液的相关性能优化后,化学机械抛光蓝宝石的MRR较优化前提高了71.4%。     

蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究

目的 化学机械抛光(CMP)包含化学腐蚀和机械磨削两方面,抛光液pH、磨粒粒径和浓度等因素均会不同程度地影响其化学腐蚀和机械磨削能力,从而影响抛光效果。方法 采用30~150 nm连续粒径磨粒抛光液、120 nm均一粒径磨粒抛光液、50 nm和120 nm配制而成的混合粒径磨粒抛光液,分别对蓝宝石衬底晶圆进行循环CMP实验,研究CMP过程中抛光液体系的变化。结果 连续粒径磨粒抛光液中磨粒大规模团聚,满足高材料去除率的抛光时间仅有4 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.665 nm;均一粒径磨粒抛光液中磨粒稳定,无团聚现象,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高94.7%,能至少维持高材料去除率18 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.204 nm;混合粒径磨粒抛光液初始状态下磨粒稳定性较高,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高114.8%,之后磨粒出现小规模团聚现象,后9 h材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的59.6%,18 h内材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的87.7%,但抛光后的晶圆表面粗糙度为0.151 nm。结论 一定时间内追求较高的材料去除率和较好的晶圆表面粗糙度选用混合粒径磨粒抛光液,但需要长时间CMP使用均一粒径磨粒抛光液更适合,因此,在工业生产中需要根据生产要求配合使用混合粒径磨粒抛光液和均一粒径磨粒抛光液。     

铜互连线低压无磨料化学机械平坦化技术

在低压无磨料条件下,利用碱性FA/O型螯合剂具有极强螯合能力的特性,对铜互连线进行化学机械平坦化,获得了高抛光速率和表面一致性。提出了铜表面低压无磨料抛光技术的平坦化原理,在分析了抛光液化学组分与铜化学反应机理的基础上,对抛光液中的主要成分FA/O型螯合剂、氧化剂的配比和抛光工艺参数压力、抛光机转速进行了研究。结果表明:在压力为6.34kPa和抛光机转速为60r/min时,抛光液中添加5%螯合剂与1%氧化剂(体积分数,下同),抛光速率为1825nm/min,表面非均匀性为0.15。     

绿色环保型BFe10-1-1铁白铜化学抛光工艺研究

研究以H2O2为主要氧化剂的化学抛光液对BFe10-1-1铁白铜进行表面化学抛光,考察了光亮剂、缓蚀剂、H2O2稳定剂的种类,化学抛光液各组分的含量,抛光温度以及抛光时间对铜合金抛光效果的影响.优化出抛光液组成及抛光工艺条件:质量分数为30％的H2O2 350 mL/L,浓H2SO450 mL/L,无水乙醇17～20m...     

CMP抛光半导体晶片中抛光液的研究

本文分析了化学机械抛光(CMP)半导体晶片过程中抛光液的重要作用,总结了抛光液的组成及其化学性能(氧化剂、磨料及pH值等)和物理性能(流速、粘性及温度)对抛光效果的影响规律,研究发现:酸性抛光液常用于抛光金属材料,pH最优值为4,碱性抛光液常用于抛光非金属材料,pH最优值为10～11.5;氧化剂能有效提高金属材料的抛光效率和表面平整度;磨料的种类、浓度及尺寸会影响抛光效果;分散剂有助于保持抛光液的稳定性;抛光初始阶段宜采用较低流速,然后逐渐提高;抛光液的粘性会影响晶片与抛光垫之间的接触模式、抛光液的均布、流动及加工表面的化学反应;抛光液温度的升高有助于提高抛光效率.最后本文指出了抛光液循环使用的重要意义及常用方法.     

双层Mo薄膜的制备工艺与性能

(锇有可能作为大规模集成电路铜互连扩散阻挡层新材料.)利用自制的抛光液对金属锇片进行抛光,研究在双氧水-磷酸体系抛光液中H2O2浓度和抛光液pH值对抛光速率的影响.结果表明,当抛光液中主要成分仅为氧化剂H2O2时,并不能在金属锇表面达到好的腐蚀效果.在磷酸体系抛光液中,H2O2能够通过促进阴极反应的进行从而增强抛光液对金属锇的化学作用;低浓度H2O2通过增强抛光液对金属锇的化学腐蚀能力,从而增加了抛光速率值:较高浓度H2O2的加入对抛光速率值影响较小.H3PO4能够在抛光液中起到抑制剂、pH调节剂和络合剂的作用.当抛光液pH值为4.0时,金属锇表面生成的钝化膜最致密.当pH值为4.0或5.0时,金属锇表面生成的钝化膜OCP值大于金属锇的OCP值,且此条件下的抛光速率值较高.     

304不锈钢绿色化学机械抛光

目的 采用对环境友好的抛光工艺来改善304不锈钢表面抛光质量。方法 基于化学机械抛光（CMP）工艺,采用主要成分为氧化铝（Al₂O₃）磨料、L-苹果酸、过氧化氢（H₂O₂）、乳化剂OP-10、甘氨酸的绿色环保抛光液,设计并试验了pH值,H₂O₂、乳化剂OP-10、甘氨酸质量分数的4因素4水平CMP正交试验。采用极差法分析了4个因素对表面粗糙度和材料去除率的影响。采用电化学工作站,通过动电位极化曲线法,分析304不锈钢在不同抛光液环境下的静态腐蚀特性。通过X射线光电子能谱（XPS）,分析304不锈钢在不同抛光液环境下的表面元素和化学组分变化。结果 开发了一种不含任何强酸、强碱等危化物品的新型环保化学机械抛光液。通过绿色CMP加工,在70μm×50μm范围内将304不锈钢平均表面粗糙度从CMP前的7.972 nm降至0.543 nm。与之前报道的304不锈钢抛光相比,绿色CMP抛光后的表面粗糙度最低。通过正交试验,得到了绿色CMP加工的最优抛光液参数：pH=3...     

Corrosion electrochemical mechanism ofchemical mechanical polishing of copper in K3Fe（CN）6 solution

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ (ＣＭＰ )ｉｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｌｏｂａｌｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｔｐｒｅ ｓｅｎｔ.Ｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｏｐｏｌｉｓｈｉｎｇｏｆｍｅ     

化学机械抛光过程抛光液作用的研究进展

化学机械抛光(CMP)已成为公认的纳米级全局平坦化精密超精密加工技术。抛光液在CMP过程中发挥着重要作用。介绍了CMP过程中抛光液的作用的研究进展,综合归纳了抛光液中各组分的作用,为抛光液的研制和优化原则的制定提供了参考依据。     

pH 值和表面活性剂对硅溶胶 CMP 抛光液的影响

目的研究pH值以及表面活性剂种类对CMP抛光液稳定性及抛光性能的影响。方法向硅溶胶中加入酸性或碱性pH值调节剂,配制不同pH值的CMP抛光液;通过添加不同类型的表面活性剂,研究表面活性剂对抛光液的稳定机理。结果硅溶胶CMP抛光液pH值为9.5时,加入非离子表面活性剂,抛光90 min后,铝合金表面粗糙度降低了55.4%,光亮度增加了131%,抛光质量较好。结论弱碱环境下,抛光液的稳定性和抛光性能优良,非离子表面活性剂有利于CMP抛光液的稳定性。     

Electrochemical behavior and polishing properties of silicon wafer in alkaline slurry with abrasive CeO2

The electrochemical behavior of silicon wafer in alkaline slurry with nano-sized CeO2 abrasive was investigated. The variations of corrosion potential （φcorr） and corrosion current density （Jcorr） of the P-type （100） silicon wafer with the slurry pH value and the concentration of abrasive CeO2 were studied by polarization curve technologies. The dependence of the polishing rate on the pH and the concentration of CeO2 in slurries during chemical mechanical polishing（CMP） were also studied. It is discovered that there is a large change of φcorr and Jcorr when slurry pH is altered and the Jcorr reaches the maximum （1.306 μA/cm^2） at pH 10.5 when the material removal rate（MRR） comes to the fastest value. The Jcorr increases gradually from 0.994 μA/cm^2 with 1% CeO2 to 1.304 μA/cm^2 with 3% CeO2 and reaches a plateau with the further increase of CeO2 concentration. There is a considerable MRR in the slurry with 3% CeO/at pH 10.5. The coherence between Jcorr and MRR elucidates that the research on the electrochemical behavior of silicon wafers in the alkaline slurry could offer theoretic guidance on silicon polishing rate and ensure to adjust optimal components of slurry.     

单晶蓝宝石衬底晶片的化学机械抛光工艺研究

目的设计单晶蓝宝石衬底化学机械抛光的合理方案,探究主要抛光工艺参数对抛光衬底的表面质量和材料去除率的影响,并得到一组材料去除率高且表面质量满足要求的抛光工艺参数。方法借助原子力显微镜和精密天平分别对衬底表面形貌和材料去除率进行分析,采用单因素实验法探究了抛光粒子、抛光时间、抛光压力和抛光盘转速对蓝宝石衬底化学机械抛光的表面质量和材料去除率的影响,并设计合理的交互正交优化实验寻求一组较优的抛光工艺参数。结果在蓝宝石衬底化学机械精抛过程中,在抛光时间为0.5 h、抛光压力为45.09 k Pa、抛光盘转速为50 r/min、SiO_2抛光液粒子质量分数为15%、抛光液流量为60 m L/min的条件下,蓝宝石衬底材料的去除率达41.89 nm/min,表面粗糙度降低至0.342 nm,衬底表面台阶结构清晰,满足后续外延工序的要求。结论采用化学机械抛光技术和优化的工艺参数,可同时获得较高的材料去除率和高质量的蓝宝石衬底表面。     

硒化锌晶体精细雾化抛光液及去除机理研究

目的配制适合硒化锌雾化施液化学机械抛光的最优抛光液。方法选取氧化铝磨粒、pH调节剂四甲基氢氧化铵、氧化剂过氧化氢、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮为主要活性成分,以材料去除速率和表面粗糙度为评价指标,通过正交试验对硒化锌晶体进行精细雾化抛光,分析材料去除机理,并与传统抛光对比。结果氧化铝质量分数为9%、pH值为11、过氧化氢含量为3.5%、聚乙烯吡咯烷酮含量为0.75%时,材料去除率较高,为923.67 nm/min,同时表面粗糙度较小,为2.13 nm。在相同工况条件下,传统抛光材料的去除率和表面粗糙度分别为965.53 nm/min和2.27 nm。结论抛光液各组分对试验结果影响最大的为氧化铝磨粒,然后依次为氧化剂、pH值、表面活性剂。精细雾化抛光效果与传统抛光相近,但抛光液用量仅为后者的1/8。