抛光压力对PS/CeO2纳米复合磨粒抛光性能的影响

以采用改进无皂乳液聚合法制备的纳米尺寸聚苯乙烯(PS)微球为内核,采用原位化学沉淀法制备了不同壳层厚度的PS/CeO2核/壳包覆结构复合微球。将所制备的复合颗粒用于二氧化硅介质层的化学机械抛光,用原子力显微镜测定晶片的微观形貌和粗糙度。电镜结果表明:复合颗粒呈规则球形,其PS内核尺寸约为72 nm,CeO2壳厚为5~20 nm。抛光结果显示:在本实验范围内,抛光速率随抛光压力的增加而增大,而过低(2.4 psi,1 psi=6 895 Pa)或过高(6.1 psi)的抛光压力均使晶片表面产生划痕。当抛光压力适中(4.5 psi)时,经复合磨料(壳厚约为13 nm)抛光后的晶片表面无明显划痕,在5μm×5μm范围内表面均方根粗糙度为0.265 nm,抛光速率达98.7 nm/min。     

复合磨料的制备及其对层间介质CMP性能的影响

以SiO₂为内核、CeO₂为外壳制备出了核壳结构复合磨料,用以提升集成电路层间介质的去除速率及表面一致性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合磨料的表面形貌,利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析复合磨料的表面物相结构及化学键组成。研究结果表明,所制备的复合磨料呈现出“荔枝”形,平均粒径为70～90 nm, CeO₂粒子主要以Si—O—Ce键与SiO₂内核结合。将所制备的复合磨料配置成抛光液进行层间介质化学机械抛光(CMP)实验。实验结果表明,Zeta电位随着pH值的降低而升高,当pH值约为6.8时达到复合磨料的等电点。当pH值为3时,层间介质去除速率达到最大,为481.6 nm/min。此外,研究发现去除速率还与摩擦力和温度有关,CMP后的SiO₂晶圆均方根表面粗糙度为0.287 nm。     

柠檬酸对CeO2磨料分散稳定性及抛光性能的影响

采用柠檬酸作为pH调节剂和分散剂,针对CeO₂磨料水溶液的分散性差以及浅沟槽隔离(STI)化学机械抛光(CMP)过程中正硅酸乙酯(TEOS)/氮化硅(Si₃N₄)的去除速率选择性难以控制的问题进行了研究。分散实验结果表明,由于柠檬酸可以结合在CeO₂颗粒表面从而极大提高了CeO₂磨料的空间位阻,CeO₂溶液的分散稳定性得到提升,因此,与酒石酸、硝酸和磷酸相比,在CeO₂溶液中使用柠檬酸作为pH调节剂,可以使CeO₂磨料具有更小的粒径和较低的分散度以及使CeO₂溶液具有较高绝对值的Zeta电位。抛光实验结果表明,柠檬酸可以极大抑制Si₃N₄的去除速率,且对TEOS的去除速率影响较小,因此,使用柠檬酸作为pH调节剂和分散剂能实现TEOS/Si₃N₄的高去除速率选择比。同时抛光后TEOS和Si₃N₄薄膜具有良好的表面形貌和低的表面粗糙度。     

CMP抛光垫表面及材料特性对抛光效果影响的研究进展

对化学机械抛光(CMP)工艺中的抛光垫特性、劣化以及修整进行了简单阐述,重点先从抛光垫表面特性(抛光垫表面微形貌、微孔及抛光垫的结构、表面沟槽纹理的形状、微凸体的分布)和材质特性(硬度、弹性模量和化学性能)入手,对近年来国内外的实验研究与理论模拟分析两方面进行了概括,总结了目前各个特性参数对抛光垫性能以及对CMP过程影响的进展,此外,从机械磨损和化学腐蚀两方面对抛光垫的劣化机理进行简要分析。随后,为进一步探究抛光垫修整对抛光性能影响,对抛光垫的两种修整方式和修整参数对修整的效果进行了归纳,介绍了几种新型自修整材料。最后,指出了抛光垫特性和修整在发展现状中存在的问题,未来抛光垫的发展趋势将逐渐走向创新化、智能化、理论化以及应用集成化。     

抛光工艺参数对高纯氧化铝陶瓷基材抛光效果的影响

高纯氧化铝陶瓷基材广泛应用于精密电阻、微波集成电路等高端领域。为了获得具有超高平整度、纳米级表面质量的高纯氧化铝陶瓷基材，采用机械抛光(精研)与化学机械抛光(CMP)(精抛)相结合的工艺路线，系统研究了精研过程中的压力、转速、磨料的粒径、抛光液流速及CMP过程中的抛光压力、转速等工艺参数对抛光效果的影响。结果表明，精研压力为588 N,上、下研磨盘转速分别为45和50 r/min,多晶金刚石研磨液的粒径为1μm,磨料添加速率为1.5 mL/min,精研时长达到2.5 h时，陶瓷基材即可达到抛光工序的表面质量要求。抛光压力为588 N,上、下研磨盘转速分别为20和25 r/min,硅溶胶抛光液粒径为80 nm,抛光2 h时，高纯氧化铝陶瓷基材的表面粗糙度可达到纳米级别。     

抛光工艺对硅片表面Haze值的影响

随着超大规模集成电路的快速发展,硅片表面的Haze值对于现代半导体器件工艺的影响也越来越受到人们的重视.通过实验研究了精抛光工艺参数对硅片表面Haze值的影响规律.结果表明,随着抛光时间的延长,硅的去除量逐渐增大,硅片表面Haze值逐渐降低;同时抛光过程中机械作用与化学作用的协同作用对Haze值也有较大影响.随着抛光液温度的降低与抛光液体积流量的减小,化学作用减弱,硅片表面Haze值逐渐减小.而随着抛光压力的增大,机械作用逐渐起主导作用,硅片表面Haze值逐渐降低.但当Haze值降低到某一数值后,随着硅去除量的增大、抛光液温度的下降、抛光液体积流量的降低、抛光压力的增大,硅片表面的Haze值基本保持不变.     

复配表面活性剂对新型阻挡层抛光液抛光性能的影响

针对新型阻挡层抛光液存在Cu和正硅酸乙酯(TEOS)抛光速率一致性差、运输贮存过程中细菌滋生造成抛光表面缺陷的问题,选取脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)非离子表面活性剂和作为杀菌剂的阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵(DDBAC),通过复配2种表面活性剂研究其对Cu和TEOS抛光速率一致性以及杀菌效果的影响,并阐述相关的影响机制。实验结果表明：Cu和TEOS抛光速率随着复配表面活性剂体积分数的增加而降低,复配表面活性剂主要控制测量点到晶圆中心的距离为70～150 mm区域内的铜抛光速率,对于TEOS,复配表面活性剂主要控制0～70 mm区域内的铜抛光速率;复配表面活性剂体积分数的增加可同时提高Cu和TEOS抛光速率一致性,但高体积分数复配表面活性剂可造成表面划伤;DDBAC作为非氧化性的杀菌剂,具有较强的抗菌抑菌能力,可通过改变细菌膜通透性,使细菌裂解死亡,杀菌效果显著。     

反应物料组成对SiO2／Poly（tBMA）核壳复合微粒形态影响的TEM研究

近年来，无机／有机核壳复合微粒以其特殊性质越来越受到人们的关注，其中无机粒子可起到改善基体聚合物力学性能的作用或赋予聚合物新的功能。在众多可形成无机粒子内核的无机材料中，溶胶一凝胶法合成的二氧化硅胶体粒子因具有化学稳定性高、比表面积大、方便易得等优点具有明显的优势。本文用经MPS修饰过的二氧化硅胶体粒子为种子，以甲基丙烯酸叔丁酯（tBMA）为单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）为交联剂，采用乳液聚合法合成以二氧化硅为核，交联的聚甲基丙烯酸叔丁酯为壳的无机／有机复合微粒，探索种子乳液固含量、乳化剂用量和单体用量等因素对乳液聚合以及复合粒子的形态结构的影响。     

抛光液中各组分对Co CMP性能的影响

钴(Co)的化学机械抛光(CMP)要求有较高的去除速率(大于100 nm/min)和洁净平整的表面。采用新型弱碱性抛光液,研究不同成分(如过氧化氢(H₂O₂)、1,2,4-三氮唑(TAZ)、异辛醇聚氧乙烯醚(JFCE))对Co CMP性能的影响。结果表明,抛光液中H₂O₂体积分数为0.4%、pH值为8、甘氨酸(GLY)浓度为0.266 mol/L时,Co的去除速率最大,为763.53 nm/min。为了缓解Co表面的化学腐蚀,加入0.022 mol/L的TAZ作为抑制剂和体积分数为1.3%的JFCE作为表面活性剂后,Co的去除速率得到有效抑制,为489.74 nm/min。对抛光前后的Co表面进行原子力显微镜(AFM)测试,结果表明,Co表面湿润性增加,表面粗糙度明显下降。研究结果对Co布线的工业应用具有一定的指导意义。     

激光剥离GaN表面的抛光技术

激光剥离(LLO)技术是研制新型氮化镓(GaN)基谐振腔结构光电子器件的关键技术。然而LLO后的GaN表面往往具有较大的粗糙度,而制作谐振腔结构器件需要很高的表面平整度,因此需要对LLO后的GaN表面进行抛光。分别采用金刚石粉抛光液和胶粒二氧化硅抛光液进行机械抛光和化学机械抛光(CMP),并对比了两种方法获得的抛光结果,研究发现前者会在抛光后的GaN表面引入划痕,而采用后者可以得到亚纳米级平整度的表面。进一步的实验结果表明,胶粒二氧化硅抛光液同样适用于图形化衬底外延片激光剥离后的GaN表面抛光。     

Effect of Nano-sized CeO2 Abrasives on Chemical Mechanical Polishing of Silicon Wafer

The conception of the soft layer during chemical mechanical polishing（CMP） was proposed for the first time. The soft layer was a reaction layer formed on the silicon surface; it was softer than the silicon substrate and its thickness was about several nanometers. The existence of the soft layer could increase the material volume removed by one particle and increase the material removal rate during CMP. At the same time, the soft layer could decrease the cutting depth of the abrasive particle so as to realize ductile grinding, and it is useful to decrease the roughness of the polished surface and to improve the polishing quality.     

纳米磨料对GaAs晶片的抛光研究

通过均相沉淀法制备了纳米CeO2和Al2O3粉体,研究了在相同抛光条件下纳米CeO2、SiO2和Al2O3磨料对GaAs晶片的抛光效果,并用原子力显微镜观察抛光表面的微观形貌并测量表面粗糙度。结果表明,使用纳米CeO2磨料抛光后的表面具有最低的表面粗糙度,在1μm×1μm范围内表面粗糙度Ra值为0.740nm,而且表面的微观起伏更趋于平缓。文中还探讨了GaAs晶片化学机械抛光材料去除机理,考虑了纳米磨料在抛光条件下所发生的自身变形,并分析了纳米磨料硬度对抛光表面粗糙度的影响,初步解释了在相同的抛光条件下不同硬度的纳米磨料为什么具有不同的抛光表面粗糙度。     

抛光垫表面特性分析

研究抛光垫表面特性有利于了解和分析硅片化学机械抛光(CMP)材料的去除机理及优化抛光垫的微观结构.使用ZYGO 5022轮廓仪、SEM等仪器研究了IC1000/SubaIV平抛光垫表面粗糙度、表面组织结构、孔隙率、微孔深度及直径、抛光垫表面微凸峰分布形式及面积支承率,测量和计算的结果:抛光垫表面粗糙度为σP(RMS)=6.8μm,均方根粗糙度9.4μm,表面孔隙率为56%,平均孔径为36μm,平均孔深为20μm,平均孔距为43μm,微孔数量为550个/mm2,抛光垫表面微凸峰高度服从高斯分布.     

CMP中抛光垫的性质研究

以IC1000/Suba IV抛光垫为例,综述了影响抛光垫性能的各种因素,以文献相关数据为依据,着重分析了抛光温度和修整力对抛光垫性能的影响。从分析结果可以得出:IC1000/Suba IV比单层结构IC1000具有更好的抛光效果;新旧抛光垫性能在0~40°C基本相当;新、旧和没有黏合剂抛光垫的正常工作温度为-2.02~103.64°C,且玻璃过渡温度随着抛光垫厚度的减小而增加;抛光垫在0~50°C具有最小的外形变化。定性得出修整力与抛光精度成反比关系,明确了较小修整深度具备较好的平坦化效果。     

SiO2抛光液对A1N基片抛光性能的影响

针对AlN基片CMP平坦性问题,从pH值、磨料粒度以及磨料的质量分数等方面研究了抛光液参数对抛光效果的影响。通过对AlN基片进行抛光实验,确定pH为10.5～11.5时,采用大粒径、高质量分数纳米SiO2溶胶作为磨料,有利于抛光速率的提高。利用纳米SiO2溶胶、去离子水、pH调节剂和稳定剂自主配制抛光液A,与纯水按质量比1∶5稀释后,在压力1.8MPa、转速60r/min、流速340mL/min条件下,对AlN基片进行抛光,抛光速率为0.5μm/min。抛光1.5h后,AlN基片的表面粗糙度可达28nm,表面无划痕。     

CMP设备中抛光垫修整机构的研究

介绍了一种新型抛光垫修整机构的功能、结构及运动原理,通过理论计算给出了修整力的计算公式,并介绍了一种原理简单,操作方便的气动控制系统。在工艺试验过程中,充分证明了其结构原理及控制系统的合理性,进而在理论和实践两个方面确定了该机构已达到设计要求。     

固结磨料抛光K9光学玻璃的工艺实验研究

采用一种亲水性固结磨料抛光垫(FAP),通过单因素实验法,系统地研究了抛光K9光学玻璃过程中抛光时间、偏心距、压力、转速、抛光液流量及pH值等工艺参数对材料去除速率(MRR)和表面粗糙度的影响规律,并对实验结果进行了解释。结果表明:随着抛光时间的延长,K9光学玻璃的MRR逐渐呈下降趋势;在抛光20min时,MRR达最大值310nm/min,且表面粗糙度降至最低值为2.73nm;选择较大的偏心距和碱性抛光液环境均有利于提高MRR;随着抛光盘转速的升高,MRR将显著增大。而在一定范围内,抛光压力和抛光液流量对MRR的影响不大。     

Development of a Novel Polishing Pad with a Phyllotactic Pattern,and Experimental Studies

In this paper we discuss the development of a novel polishing pad, and polishing experiments on wafers. The phyllotaxis theory of biology was used to position tin alloy blocks which contained fine diamond abrasive grains on the pad surface. The effects of phyllotactic pattern properties were simulated, and are discussed in detail. Prototype pads were fabricated by use of screen-printing technology. The polishing performance of the pad was tested on wafers. Significant improvements were achieved for polished wafer surface roughness, and its nonconformity was reduced from 3 μm to 1 μm. The suggested range of the diameter of the tin alloy block and the phyllotactic coefficient were from 1.9 mm to 2.1 mm and from 2.0 to 2.2, respectively. These improvements can be attributed to the phyllotactic distribution of the tin alloy blocks, which resulted in favorable contact pressure and temperature distributions, slurry flow, and removal of waste between the polishing pad and the workpiece.     

Pad Deflection-Based Model of Chemical–Mechanical Polishing for Use in CAD IC Layout

The use of chemical–mechanical polishing (CMP) during the integrated circuit (IC) fabrication process has allowed for the aggressive interconnect patterning that is necessary for modern microprocessor technology. However, as IC technology has moved into the deep submicron realm, nonidealities during polishing have begun to play a significant role in device yield and circuit performance. In order to accurately predict circuit performance, designers must consider the effects of CMP prior to fabrication. A physics-based model to predict feature-scale wear of devices during polishing is presented and integrated into a CAD framework to test the model on various IC layouts. The model is benchmarked against experimental data and shown to be qualitatively accurate in predicting surface topography evolution.