聚苯乙烯(PS)颗粒抛光液特性对铜表面化学机械抛光的影响

铜互连与低-k介质在集成电路制造中的应用对表面平坦化提出更高的要求。为改善铜层化学机械抛光(Cu-CMP)效果,将聚苯乙烯(PS)颗粒应用于铜的化学机械抛光液,分析PS颗粒抛光液中氧化剂、络合剂、pH值、粒径及颗粒含量对铜的化学机械抛光性能的影响,并通过静态腐蚀及电化学手段对PS颗粒在抛光液中的化学作用进行了分析。实验结果表明,当以过氧化氢(H2O2)为氧化剂,氨基乙酸(C2H5NO2)为络合剂时,优化后的PS颗粒抛光液取得了较高的铜抛光去除速率,达到1μm/min,同时发现PS颗粒的加入增强了抛光液的化学腐蚀作用。     

ULSI化学机械抛光(CMP)材料去除机制模型

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,相关机制模型的研究是当前CMP的热点。综述了考虑抛光液的流动、抛光垫的弹性和硬度、研磨颗粒的大小和硬度等不同因素的机制模型,并对基于不同假设的模型作了分析和比较。最后对CMP模型未来的发展和研究方向提出了展望。     

分散剂对铜CMP材料去除率和表面粗糙度影响的实验研究

使用5种分散剂,SiO2水溶胶为磨料、H2O2为氧化剂,分别进行抛光实验。结果表明：二乙烯三胺和吡啶2种分散剂相对较好,二乙烯三胺（质量分数0．05％）对铜的材料去除率达到570．20nm／min,表面粗糙度为Rα1．0760nm,吡啶（质量分数0．75％）的材料去除率为373．69nm／min,表面粗糙度为Rα1．5776nm;二乙烯三胺提高了抛光液的碱性并增强了对铜金属的腐蚀作用是材料去除率提高的主要原因,其多胺基的极性吸附和与胶体分子羟基的化学键作用提高了抛光液磨粒胶体表面的zeta电位,较大的分子链有效地提高了磨料粒子间的空间排斥力,故较好的纳米磨料粒子分散性使抛光表面粗糙度降低。     

硅晶片化学机械抛光材料去除机制与模型

通过分析软质层的形成、作用以及纳米磨料的自身变形对材料去除的影响,改进了CMP过程的接触力学模型;分析了纳米磨料自身变形量对磨料嵌入硅晶片基体材料的深度的影响,以及纳米磨料硬度对抛光表面粗糙度的影响。结果表明：软质层的存在增加了单个纳米磨料所去除材料的体积,且对基体材料有保护作用,减小了纳米磨料嵌入基体材料的深度;纳米磨料的自身变形抵消了纳米磨料嵌入基体材料的切削深度,从而也决定了抛光表面的粗糙度;纳米磨料的自身变形量与纳米磨料的硬度有关,硬度低的纳米磨料自身变形量大,因而切削深度小,抛光后表面的粗糙度值低。     

CMP材料去除机制的研究进展

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,其材料去除机制及理论模型的研究已经成为当前CMP研究的热点.综述基于流体润滑、磨粒磨损、化学作用、原子/分子去除等不同机制的集成电路芯片化学机械抛光(CMP)材料去除率的理论模型的研究现状和进展,分析和比较基于不同假设的理论模型,展望CMP材料去除机制研究的未来发展方向.CMP理论真正应用于实际生产指导,许多影响因素的定量研究还要细化,抛光盘的黏弹性和抛光液的流体动力学性能对CMP过程的影响还需深入研究.     

计算机硬磁盘CMP中抛光工艺参数对去除率的影响

对于计算机硬磁盘的生产,为了最大限度地提高盘片生产量,降低生产成本,要求化学机械抛光(chemieal mechanical polishing,简称CMP)中在保证优质表面质量情况下,实现最大去除量(Material Removal,简称MR)和去除率(Material Removal Rate,简称MRR)。本文讨论了硬盘片的化学机械抛光过程中的外加压力、转速和抛光时间对去除率的影响。实验采用含多种添加剂的纳米二氧化硅(SiO_2)胶体作为研磨液在双面抛光机上对镍磷敷镀铝镁合金基片进行精抛光。结果表明,不降低表面质量,MRR随着压力的增加而增大到一个最大值,随后随着压力继续增加而减小;增加抛光机下盘的转速将使MRR变大到一定值后再下降;增加抛光时间将使MR增大,而MRR变化是非线性的。     

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。     

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。     

基于化学机械抛光过程的超薄不锈钢基板表面特性分析

研究超薄不锈钢基板表面特性有利于了解和分析超薄不锈钢化学机械抛光（CMP）的接触机制及材料去除机制。使用SEM、OLS4000激光共聚焦显微镜、Mahr Surf XR20表面轮廓仪等仪器研究SUS304超薄不锈钢基板的组织结构与表面形貌、表面粗糙度、表面缺陷、力学性能等。测量和计算结果表明：SUS304超薄不锈钢表面缺陷一般为凹陷、折皱、锈蚀、划痕、结巴和麻点等,其厚度误差仅为0.4%,实际密度小于理论密度,其原始表面几何粗糙度为28.5 nm,原始表面均方根粗糙度为62.18 nm,原始表面轮廓偏离平均线的算术平均值为38.55 μm。     

Tribo-chemical Behavior of Copper in Chemical Mechanical Planarization

Chemical mechanical planarization/polishing (CMP) of copper has emerged as an important component in semiconductor processing. It involves both chemical and mechanical effects, consisting of several steps such as passivation, film dissolution, chemical corrosion, and abrasive abrasion. It is important to understand the individual steps in the removal process. In this paper, investigations were focused on the tribo-chemical behavior of copper in hydrogen peroxide solution at different pH values. The repassivation current and friction coefficient were measured in situ as a function of time. The compositions of unworn and worn surfaces after the tribocorrosion experiments were also analyzed by Raman spectra. The copper exhibited a tendency of repassivation during the potentiostatic tests; furthermore, the repassivation kinetics varied with the surface species and the quantity of passive films formed at different pH values. The results indicate that both relatively high material removal rate and good surface quality may be achieved in the weak acidic solution during CMP.     

磁性复合磨粒化学机械抛光技术及其加工试验研究

提出一种新型的磁性复合磨粒化学机械抛光技术。该技术利用磁性聚合物微球与SiO2磨粒组成的复合磨粒抛光液,在辅助磁场的作用下,实现了一种磨粒尺寸与硬质抛光盘微观形貌依赖性小、材料去除率较高的抛光工艺。建立直径8 mm、高度不等的稀土钕铁硼永磁体以点阵形式组合形成的4类辅助磁场。仿真计算表明,柱状下凹磁极的磁场磁力HdH/dz分布均匀,磁性微球受到的磁力一致性好。对磁性微球在抛光系统中的受力分析表明,磁性微球受到的磁力有助于复合磨粒从近抛光区域进入抛光区域,磁性复合磨粒能以二体磨损的方式划擦去除加工表面。以表面粗糙度Ra 0.5μm的硬质抛光盘进行硅片抛光试验,施加辅助磁场前后,硅片的材料去除率从66 nm/min提高到179 nm/min,硅片表面粗糙度由抛光前Ra 405.860 nm减小到Ra 0.490 nm。     

光学玻璃微切削时材料去除机理和表面质量的研究

通过显微压痕和纳米压痕试验,研究了Soda-lime光学玻璃在微/纳米尺度下的材料去除机理,发现外加载荷的幅值对脆性材料变形方式有直接影响。对光学玻璃的金刚石普通切削和超声振动切削试验结果表明,超声振动切削的实际有效切削深度与名义切削深度有着较好的一致性,合理选择金刚石超声振动切削参数可实现光学玻璃的塑性域切削。     

聚苯乙烯-二氧化硅复合颗粒对铜层的化学机械抛光性能

随着集成电路线宽变窄,要求铜互连表面具有更低的表面粗糙度,对化学机械抛光(CMP)技术提出更高的要求。采用聚苯乙烯(PS)-二氧化硅(SiO2)复合颗粒作为铜层CMP的抛光磨粒,研究出PS-SiO2核壳结构的形成条件,分析新型抛光液体系中各颗粒含量、pH值等因素对Cu抛光效果的影响,通过X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等手段探讨其中的抛光机制和颗粒残留等问题。结果表明:较之PS、SiO2颗粒抛光液,复合颗粒抛光液抛光Cu后,获得更大的去除和更好的表面质量,且与抛光过程中摩擦因数的关系相符合。     

纳米SiO2粒子抛光液的制备及其抛光性能

随着计算机磁头与磁盘间间隙的不断减小，硬盘表面要求超光滑，制备了一种纳米SiO2抛光液，并研究了镍磷敷镀的硬盘基片在其中的抛光性能，Chapman MP2000^ 表面形貌仪测得抛光后表面的平均粗糙度（Rα)和波纹度（Wα)分别为0.052nm及0.063nm，为迄今报道的硬盘抛光的的最低值。原子力显微镜（AFM）发现获得的基片表面非常光滑平整，表面无划痕，凹坑，点蚀等表面缺陷。     

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。     

超精密抛光材料的非连续去除机理

通过对表面原子／分子氧化去除动态平衡模型的分析，应用概率统计方法推导了单个磨粒的多分子层薄膜的非连续去除模型，该模型考虑了化学机械抛光（CMP）中化学作用与机械作用的协调性，同时考虑了芯片新鲜表面的直接去除和多层氧化薄膜的去除。在特定条件下，应用图形分析法找到了化学作用与机械作用协调的半经验公式。研究结果表明：材料去除率与去除层数呈指数关系；一直增加化学作用并不能增大材料去除率；机械化学协调作用时，去除率始终保持极值去除。模型预测结果和试验结果相吻合。     

软固结磨粒群剪胀效应及材料去除特性分析

针对软固结磨粒群气压砂轮复杂曲面精密加工问题,提出了一种软固结磨粒群剪胀分析模型,并以微观视角为切入点研究气压砂轮软固结磨粒群的微观剪胀效应对被加工件材料去除特性的影响规律。基于磨粒群剪胀效应分析,建立了孔隙率与黏结磨粒系统阻尼系数的数学模型,结合孔隙比与平均应力的关系,推导了磨粒群作用接触面的应力方程,建立了发软固结磨粒群材料去除模型。通过PFC3D仿真和力传感器测力设备验证了剪胀效应对接触力的影响规律。光整加工试验结果表明,可根据剪胀效应的规律来提高黏结剂阻尼系数从而提高曲面模具材料的去除效果,相同加工时间内,阻尼系数提高约5.0×105,材料去除量累计提高近31.91%,曲面模具的粗糙度降低近32.34%,工件划痕明显减少。     

铜CMP中工艺参数对抛光速率的影响

为了提高铜布线化学机械抛光效果,对其抛光工艺进行了研究。采用二氧化硅胶体碱性抛光液对铜布线进行抛光,讨论了抛光压力、温度、氧化剂含量、 流量等对抛光速率的影响。结果表明。不降低表面质量,在抛光压力为0.15MPa时,抛光片的抛光效果和抛光速率达到最佳;在20—30℃时,能较好地平衡化学作用与机械作用;抛光液流量在200mL／min时,既节约了生产成本又能提高效率;当氧化剂体积分数在2％-3％时,抛光液既保持了较好的稳定性,又能保证氧化能力,从而提高抛光速率。     

静电层层自组装复合磨粒及抛光液的抛光性能研究

利用静电层层自组装原理,通过PDADMAC在聚合物粒子表面改性和吸附不同层数的SiO2磨粒,制备n-SiO2/BGF复合磨粒及其抛光液。分析了交替吸附PDADMAC和SiO2磨粒的BGF微球表面Zeta电位的变化,利用TEM表征了不同层数的n-SiO2/BGF复合磨粒SiO2磨粒的吸附情况。分析了聚合物表面磨粒的吸附层数、游离磨粒浓度、聚合物粒径对复合磨粒抛光液抛光的影响。抛光实验表明:3-SiO2/BGF复合磨粒抛光液的材料去除率最高,为368.8nm/min;复合磨粒抛光液中的聚合物粒子为1～2μm、游离磨料SiO2的质量分数为5%时,材料去除率取得较大值。经3-SiO2/BGF复合磨粒抛光液抛光后的硅表面,在10μm×10μm范围内,表面粗糙度从0.3μm降至0.9nm,峰谷值小于10nm,表明复合磨粒抛光液对硅片具有良好的抛光效果。