超大规模集成电路制造中硅片化学机械抛光技术分析

目前半导体制造技术已经跨入0.13μm 和300mm时代,化学机械抛光(CMP)技术在ULSI制造中得到了快速发展,已经成为特征尺寸0.35μm以下IC制造不可缺少的技术。CMP是唯一能够实现硅片局部和全局平坦化的方法,但CMP的材料去除机理至今还没有完全理解、CMP系统过程变量和技术等方面的许多问题还没有完全弄清楚。本文着重介绍了化学机械抛光材料去除机理以及影响硅片表面材料去除率和抛光质量的因素。     

基于白刚玉微粉的6H-SiC单晶基片化学机械抛光材料去除率研究

碳化硅单晶基片已广泛应用于微电子、光电子等领域,如集成电路、半导体照明(LED)等,本文根据前期的研究结果,以白刚玉微粉为磨料,通过大量的实验,研究了抛光液成分(PH值、磨粒粒径与含量、分散剂、氧化剂、活性剂)、抛光盘转速以及载物台转速对SiC单晶片(0001)Si面和C面化学机械抛光(CMP)时对材料去除率的影响。研究结果表明,在SiC晶体基片化学机械抛光时,抛光液在一定的pH值、一定的氧化剂含量、一定的分散剂含量、一定的磨粒含量及尺寸下,能够获得最佳的材料去除率;抛光盘的转速对材料去除率影响较大,材料去除率随抛光压力的增加而增大,C面的材料去除率远大于Si面的材料去除率,但无论是Si面或C面,抛光后表面无划痕,经过2个半小时的抛光,表面粗糙度达到Ra1nm以下。结果表明,氧化铝(Al2O3)磨粒可用于碳化硅单晶基片的化学机械抛光,其研究结果可为进一步研究SiC单晶片的高效低成本化学机械抛光液、抛光工艺参数及化学机械抛光机理提供参考依据。     

ULSI制造中硅片化学机械抛光的运动机理

从运动学角度出发,根据硅片与抛光垫的运动关系,通过分析磨粒在硅片表面的运动轨迹,揭示了抛光垫和硅片的转速和转向以及抛光头摆动参数对硅片表面材料去除率和非均匀性的影响.分析结果表明:硅片与抛光垫转速相等转向相同时可获得最佳的材料去除非均匀性及材料去除率.研究结果为设计CMP机床,选择CMP的运动参数和进一步理解CMP的材料去除机理提供了理论依据.     

化学机械抛光工艺中的硅片背压力控制与优化

化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,CMP）技术是最有效的晶圆全局平坦化技术,抛光头是CMP设备中最核心的部件之一,新一代抛光头的设计主要采用区域压力控制技术。硅片抛光质量不仅取决于抛光液,还取决于对硅片抛光压力的精确控制。在CMP抛光工艺过程中各腔室的压力设定值通常并非一致,而且由于柔性弹性隔膜的存在各腔室之间相互耦合。由于耦合现象的存在使得多区腔室压力控制变得复杂化,针对这一耦合现象本文提出了一种用于多区解耦的控制方法,并基于该方法对多腔室进行了系统辨识以及控制参数整定,最后进行了多腔室同时加压实验,实验结果表明该解耦控制方法的可行性以及正确性。     

化学机械抛光压力控制技术研究

概述了化学机械抛光技术的发展现状,讨论分析了主要工艺参数对抛光机理的影响。重点论述了化学机械抛光工艺中不同压力控制方法及其技术特点,提出了一种新的压力控制方案,并通过实验验证了该控制技术的先进性。     

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.     

ULSI制造中硅片化学机械抛光的运动机理

从运动学角度出发，根据硅片与抛光垫的运动关系，通过分析磨粒在硅片表面的运动轨迹，揭示了抛光垫和硅片的转速和转向以及抛光头摆动参数对硅片表面材料去除率和非均匀性的影响．分析结果表明：硅片与抛光垫转速相等转向相同时可获得最佳的材料去除非均匀性及材料去除率．研究结果为设计CMP机床，选择CMP的运动参数和进一步理解CMP的材料去除机理提供了理论依据．     

300mm硅片化学机械抛光技术分析

化学机械抛光是单晶硅衬底和集成电路制造中的关键技术之一,然而,传统的化学机械抛光技术还存在一定的缺点或局限性,为了得到更好的硅片平整度和表面洁净度,在300mm硅片的生产中采用了双面化学机械抛光技术.对双面化学机械抛光的优点以及系统变量对抛光速度和抛光质量的影响进行了详细地分析.     

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。     

抛光头摆动参数对化学机械抛光材料去除率及材料去除非均匀性的影响

摘要：除抛光头及抛光盘转速外,抛光头摆动参数（如：摆动倾角、摆动速度及摆动幅度等）也是影响材料去除率及去除非均匀性的重要运动参数。基于Preston方程建立了直线轨道式抛光机的材料去除率模型,并运用MATLAB 软件对材料去除率及材料去除非均匀性进行了数值计算,分析了摆动参数对材料去除率及材料去除非均匀性的影响。分析结果表明：小的摆动倾角和大的摆动幅度有利于提高材料去除率和降低材料去除非均匀性;而摆动速度对材料去除率及材料去除非均匀性影响不大。研究结果可以为直线轨道式抛光机的设计及工艺参数选择提供一定的理论指导。     

Material removal rate in chemical-mechanical polishing of wafers based on particle trajectories

Distribution forms of abrasives in the chemical mechanical polishing (CMP) process are analyzed based on experimental results.Then the relationships between the wafer,the abrasive and the polishing pad are analyzed based on kinematics and contact mechanics.According to the track length of abrasives on the wafer surface,the relationships between the material removal rate and the polishing velocity are obtained.The analysis results are in accord with the experimental results.The conclusion provides a theoretical guide for further understanding the material removal mechanism of wafers in CMP.     

Effects of the reciprocating parameters of the carrier on material removal rate and non-uniformity in CMP

Based on the Preston equation,the mathematical model of the material removal rate(MRR),aiming at a line-orbit chemical mechanical polisher,is established.The MRR and the material removal non-uniformity(MRNU) are numerically calculated by MATLAB,and the effects of the reciprocating parameters on the MRR and the MRNU are discussed.It is shown that the smaller the inclination angle and the larger the amplitude,the higher the MRR and the lower the MRNU.The reciprocating speed of the carrier plays a minor rol...     

Modeling of chemical-mechanical polishing considering thermal coupling effects

The removal of surface material in the conventional chemical-mechanical polishing (CMP) process is the result of synergetic effects of two dominant mechanisms: a mechanical process due to the abrasion of particles in the slurry, and a chemical process due to the reactions between the wafer and the chemicals in the slurry. In the overall material removal mechanism, in particular for metal layers, the mechanical and chemical effects are not independent, but are strongly coupled. Many models do not account for these coupling effects and cannot explain the non-Prestonian behavior that occurs when the material removal rate is a nonlinear function of the input areal power density. To address this deficiency and coupling effects, we propose a new integrated thermo-chemical-mechanical model that considers the synergistic effects of both the mechanical and chemical removal processes using the heat transfer mechanism as a bridge between them. In the modeling process, the material removal model is developed based on elastic and plastic contact mechanics and the dominant chemical reactions at the wafer surface. The temperature variation of the CMP system is treated as the coupling factor. The mechanical abrasion by the abrasive particles causes friction, which generates frictional heat on the contacting interfacial area. This heat plays a key role in accelerating the overall chemical reaction for the material removal. We performed a computer simulation with the proposed model using known parameters, and compared the results with other data to ensure its validity.     

FA/O阻挡层抛光液在铜布线中的去除速率的选择性优化

在阻挡层平坦化的过程中,由于不同材料去除速率的要求,所以有必要研发一种阻挡层抛光液来改善Cu/barrier/TEOS(SiO2)速率的选择性来减小蚀坑和碟形坑,。本次实验中,研发了一种不含腐蚀抑制剂BTA的FA/O碱性阻挡层抛光液。它包含了20mL/L的FA/O螯合剂,5mL/L的表面活性剂,磨料浓度为1:5,pH值为8.0。通过控制抛光液的成分,有效的控制了不同材料的去除速率。最后,考察FA/O阻挡层抛光液对介电层材料的影响。在进行完CMP过程后,检测介电层材料的性能。结果显示,漏电流在皮安级,电阻2.4 kΩ,电容2.3pF,碟形坑和蚀坑都在30nm以下。介质层的各项指标完全满足工业化生产的需要。     

Material removal rate of 6H-SiC crystal substrate CMP using an alumina（Al2O3） abrasive

正The influences of the polishing slurry composition,such as the pH value,the abrasive size and its concentration,the dispersant and the oxidants,the rotational velocity of the polishing platen and the carrier and the polishing pressure,on the material removal rate of SiC crystal substrate(0001) Si and a(0001) C surface have been studied based on the alumina abrasive in chemical mechanical polishing(CMP).The results proposed by our research here will provide a reference for developing the slurry,optimizing the process parameters,and investigating the material removal mechanism in the CMP of SiC crystal substrate.     

液体喷射抛光技术研究

液体喷射抛光(FJP)技术是近几年提出的一种新型光学抛光工艺,本文简介了这种抛光技术的原理,介绍了我们的研究结果,其中包括在抛光机理方面提出抛光液中磨料粒子的径向流动对工件产生的径向磨削剪切作用是材料去除的关键;建立了较完善的描述FJP过程的数学模型;提出了获得较理想工作函数的方法;得到了求解时间驻留函数的一种算法;另外还研究了不同FJP溶液及一些工艺参数对样品表面粗糙度的影响、被抛光材料特性对材料去除率及表面粗糙度的影响等.结合这些研究建立了一套非球面数控液体喷射抛光没备和相关工艺,并利用其对实际非球面做了数控抛光实验,最后得到其截面的误差优于0.15靘PV,表面粗糙度Ra达到2.25nm,实验结果表明此技术可用于非球面的数控抛光.