CMP工艺晶圆表面颗粒去除问题的研究

CMP之后晶圆表面颗粒数目是CMP工艺的一项关键指标。针对Si CMP之后的清洗效果，分析了晶圆表面亲疏水性、清洗液浓度方面对清洗效果的影响。结果表明通过一定浓度的清洗液清洗抛光之后晶圆能取得较好的表面颗粒数量，满足工艺需求。     

CMP系统技术与市场

概述了CMP系统技术的发展历史、发展趋势以及在IC生产中的重要性,介绍了国外CMP设备主要制造厂家的设备型号和性能及CMP设备市场分布和需求,阐述了CMP系统技术的基础研究、关键技术和国内研究概况。     

CMP/Post CMP工艺及其设备

对CMP市场、Cu-CMP、低k-CMP、STI-CMP、W-CMP和PostCMP工艺及其设备进行了论述;并介绍了CMP所要求的研磨膏和研磨垫。     

用于TSV硅衬底的碱性抛光液研究

在穿透硅通孔(TSV)工艺中,研究了碱性抛光液组分的组合方式和抛光液的稀释倍数对硅衬底去除速率的影响。分析了硅衬底的去除机理;研究了抛光液对Si/Cu去除速率的选择性;研究了抛光液的存储时间不同时pH值和硅衬底去除速率的变化。该抛光液通过在硅溶胶中依次加入表面活性剂、无机碱、有机胺碱,再用去离子水稀释15倍配制而成,并应用于TSV图形片。实验结果表明:该抛光液对硅衬底的去除速率较高,达到1.045 μm/min;采用该抛光液对TSV图形片抛光120 s后,铜柱露出2 μm;抛光液储存时间30天后,硅衬底去除速率仅损失1.3%。该碱性抛光液满足半导体制造行业要求。     

硅通孔TSV关键 降低成本和解决工艺路线

芯片工艺流程微缩和低介电值材料的限制,3D堆叠技术被视为能否以较小尺寸制造高效能芯片的关键,而硅通孔(TSV)可通过垂直导通整合晶圆堆叠的方式,达到芯片间的电路互连,有助于以更低的成本,提高系统的整合度与效能,是实现集成电路3D化的重要途径。未来,TSV的应用将取决于制造成本的进一步降低,业界对TSV发展途径的认识统一。     

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%。     

应用于MEMS封装的TSV工艺研究

开展了应用于微机电系统(MEMS)封装的硅通孔(TSV)工艺研究,分析了典型TSV的工艺,使用Bosch工艺干法刻蚀形成通孔,气体SF6和气体C4F8的流量分别为450和190 cm3/min,一个刻蚀周期内的刻蚀和保护时长分别为8和3 s;热氧化形成绝缘层;溅射50 nm Ti黏附阻挡层和1μm Cu种子层;使用硫酸铜和甲基磺酸铜体系电镀液电镀填充通孔,比较了双面电镀和自下而上电镀工艺;最终获得了硅片厚度370μm、通孔直径60μm TSV加工工艺。测试结果证明:样品TSV无孔隙;其TSV电阻值小于0.01Ω;样品气密性良好。     

用于铜互连CMP工艺的络合剂研究进展

化学机械平坦化(CMP)是实现65 nm及以下技术节点多层铜互连表面全局平坦化的唯一可靠工艺。络合剂为抛光液的主要组分,对材料去除速率、表面完整性起着至关重要的作用。综合分析了不同官能团的络合剂在铜互连CMP工艺中的应用研究现状,探究了不同官能团络合剂的作用机理,分析了络合剂与其他试剂的兼容性,总结了络合剂的发展趋势。     

三维集成封装中的TSV互连工艺研究进展

为顺应摩尔定律的增长趋势,芯片技术已来到超越"摩尔定律"的三维集成时代。电子系统进一步小型化和性能提高,越来越需要使用三维集成方案,在此需求推动下,穿透硅通孔(TSV)互连技术应运而生,成为三维集成和晶圆级封装的关键技术之一。TSV集成与传统组装方式相比较,具有独特的优势,如减少互连长度、提高电性能并为异质集成提供了更宽的选择范围。三维集成技术可使诸如RF器件、存储器、逻辑器件和MEMS等难以兼容的多个系列元器件集成到一个系统里面。文章结合近两年的国外文献,总结了用于三维集成封装的TSV的互连技术和工艺,探讨了其未来发展方向。     

TSV的工艺缺陷诊断与分析

随着3D集成封装的发展,硅通孔(TSV)成为实现3D堆叠中最有前景的技术之一.通过通孔和微凸点实现上下堆叠IC之间的垂直电连接,先进的TSV技术能够满足3D SIP异构集成、高速宽带、小尺寸及高性能等要求.然而,作为新型互连技术,TSV技术面临许多工艺上的困难和挑战,其可靠性没有得到充分的研究和保证.识别缺陷、分析失效机理对TSV三维集成器件的设计、生产和使用等各环节的优化和改进具有重要作用.对不同形状、不同深宽比的TSV通孔边界层进行了微观物理分析,对通孔形状、边界层均匀性等方面进行了评价,分析了各种工艺缺陷形成的物理机制以及可能带来的失效影响.最后根据其产生的原因提出了相应的改进措施.     

基于TSV工艺的三维FPGA热分析

为探索三维现场可编程门阵列(FPGA)芯片温度的影响因素,提出一种三维FPGA有限元仿真模型。首先,利用商业有限元软件构建基于硅通孔(TSV)、微凸块、倒装焊共晶焊球、无源硅中介层、焊球阵列(BGA)焊球和印制电路板(PCB)的模型。然后,利用该模型从定性和定量的角度对不同TSV数目及堆叠层数的三维FPGA芯片进行温度分析。实验发现,底层芯片到顶层芯片的平均温度呈递增趋势,且各层芯片的平均温度随TSV数目的减少和堆叠层数的增加而升高。实验结果与已发表文献中的结果一致,表明提出的仿真模型在分析芯片温度的影响参数方面的可行性。     

CMP承载器的初步研究

在CMP中,由于抛光垫在与其接触的晶圆边缘产生异常压力点,以及转台和承载器旋转的线速度之差在边缘处较其他点大得多,从而导致了晶圆边缘效应的产生。阐述了承载器在CMP中的作用,详细分析了边缘效应产生的原因和克服的方法。在承载器上采用与晶圆保持适当间隙的保持环结构,对保持环施加适当的压力,使保持环和晶圆位于同一抛光平面上;针对旋转式CMP设备固有的线速度之差导致片内非均匀性增大的问题,对200mm晶圆划分两区域进行微压力补偿,同时详细说明了压力补偿气路的设计和实现的功能,指出今后多区域微压力补偿将采用矩阵控制技术。     

3D堆叠技术及TSV技术

介绍了3D堆叠技术及其发展现状,探讨了W2W(Wafer to wafer)及D2W(Die to wafer)等3D堆叠方案的优缺点,并重点讨论了垂直互连的穿透硅通孔TSV(Through silicon via)互连工艺的关键技术,探讨了先通孔、中通孔及后通孔的工艺流程及特点,介绍了TSV的市场前景和发展路线图。3D堆叠技术及TSV技术已经成为微电子领域研究的热点,是微电子技术及MEMS技术未来发展的必然趋势,也是实现混合集成微系统的关键技术之一。     

CMP后清洗技术发展历程

从80年代开始,结合当时最具代表性的CMP设备,分析当时的后清洗技术,如：多槽浸泡式化学湿法清洗、在线清洗、200mm集成清洗、300mm集成清洗及20nm以下的CMP后清洗趋势,每种后清洗技术都结合CMP设备明确分析其技术特色,优点和缺陷。全面阐述CMP工业界的后清洗发展历程。     

TSV制程关键工艺设备技术及发展

论述了TSV技术发展面临的设备问题,并重点介绍了深硅刻蚀、CVD/PVD沉积、电镀铜填充、晶圆减薄、晶圆键合等几种制约我国TSV技术发展的关键设备。     

氧化剂在TSV铜膜CMP中钝化机理北大核心

为实现TSV硅衬底表面铜去除速率的优化,对影响TSV铜去除速率的最主要因素抛光液组分(如磨料、螯合剂、活性剂和氧化剂)中的氧化剂进行分析。通过对不同体积分数的氧化剂电化学实验进行钝化机理的研究,从而得到最佳的氧化剂体积分数,再进行铜的静态腐蚀实验和抛光实验对铜的去除速率进行验证。实验结果表明,氧化剂体积分数为0.5%时铜具有较高的去除速率,能够满足工业需要。最后,对CMP过程机理和钝化机理进行分析,进一步验证了氧化剂在TSV铜化学机械平坦化中的作用。     

CMP抛光液供给及分布系统的研究

从整体结构及硬件设计方面介绍了小批量生产及隔膜泵系统,分析隔膜泵的工作原理,循环机理及硬件控制和驱动电路,同时指出在湿度较大的生产厂里面产生的漂移及解决措施;从整体结构分析集中式抛光液供给系统,分析其抛光液混合中心具备的温度控制、无轴承磁悬浮泵工作机理及循环机制;对比隔膜泵与无轴承磁悬浮泵对颗粒凝聚的影响,并分析这种系统适用范围。     

优化的TSV填充工艺降低成本

化学品和设备供应商致力于降低穿透硅通孔的填充成本,使其成为3-D集成的成本障碍。对每个子步骤都进行优化的多步填充工艺可以帮助进一步降低成本。     

CMP中真空供应系统的设计

针对CMP在低生产量及实验室条件下对真空供应系统的特别要求：（1）持续稳定的真空供应;（2）能够及时处理倒流液体;（3）真空电机不易长时间连续工作的要求,从气动性、硬件电路和软件流程图进行全面设计：增加独立的真空槽体和排液槽体,在正常运行情况下二者串联增加真空供应容积,并且自主收集倒流废液,而排液中依然可保证真空稳定供...