抛光液各组分在SiO_2介质CMP中的作用机理分析

介绍了超大规模集成电路中SiO2介质的化学机械抛光机理及抛光液在化学机械抛光中扮演的重要角色。通过单因素实验法,在低压力的实验环境下,着重分析了抛光液中表面活性剂、pH值调节剂、纳米磨料等成分在SiO2介质化学机械抛光中的具体作用及影响机理。最终得出,最优化的实验配比,即当表面活性剂的浓度为30mol/L,pH值为11.30,硅溶胶与去离子水的体积比为2:1时,在保证较低表面粗糙度的同时得到了较高的抛光速率476nm/min。     

GLSI钨插塞CMP碱性抛光液组分优化的研究

钨插塞化学机械平坦化(CMP)是极大规模集成电路(GLSI)铜互连多层布线的关键工艺之一。首先研究了钨在碱性条件下化学机械抛光机理;接着采用单因素实验方法分析了抛光液组分中纳米SiO2水溶胶磨料、氧化剂、有机碱(pH调节剂)和表面活性剂对W-CMP速率的影响。最后通过正交优化实验,确定抛光液最优配比为V(纳米SiO2水溶胶)∶V(去离子水)=1∶1,氧化剂体积分数为20 mL/L,pH调节剂体积分数为4 mL/L,表面活性剂体积分数为20 mL/L时,此时抛光液的pH值为10.36,获得的去除速率为85 nm/min,表面粗糙度为0.20 nm。     

蓝宝石衬底材料CMP去除速率的影响因素

阐述了蓝宝石衬底应用的发展前景及加工中存在的问题,分析了蓝宝石衬底化学机械抛光过程中pH值、压力、温度、流量、抛光布等参数对去除速率的影响。提出了采用小流量快启动的方法迅速提高CMP温度,在化学作用和机械作用相匹配时(即高pH值、大流量或低pH值,小流量)可得到较高去除速率,且前者速率高于后者。实验采用nm级SiO2溶胶为磨料的碱性抛光液,使用强碱KOH作为pH调节剂,并加入了适当的表面活性剂及螯合剂等。工艺参数为压力0.18MPa、温度45℃、转速60r/min,采用Rodel-suba 600抛光布,在保证表面质量的同时得到的最大去除速率为11.35μm/h。     

碱性抛光液对硬盘基板抛光中表面状况的影响

阐述了化学机械抛光(CMP)技术在硬盘基板加工中发挥的重要作用,介绍了SiO2碱性抛光液的化学机械抛光机理以及抛光液在化学机械抛光中发挥的重要作用。使用河北工业大学研制的SiO2碱性抛光液对硬盘基板表面抛光,分析研究了抛光液中的浓度、表面活性剂以及去除量对抛光后硬盘基板表面状况的影响机理。总结了硬盘基板表面粗糙度随抛光液中的浓度、表面活性剂及去除量的变化规律以及抛光液的这些参数如何影响到硬盘基板的表面状况。在总结和分析这些规律的基础上,对抛光结果进行了检测。经检测得出,改善抛光后的硬盘基板表面质量(Ra=0.3926nm,Rrms=0.4953nm)取得了显著效果。     

pH值调节剂对Si片CMP速率的影响

通过一系列实验研究了有机和无机pH值调节剂对Si片抛光速率的影响及其影响机理。使用有机碱调节抛光液的pH值,随着pH值的增大,Si片的CMP速率先增大后减小,pH值为10.85时,Si片的抛光速率最大,为280nm/min;使用无机碱KOH代替有机碱调节抛光液的pH值时,抛光速率随pH值的增加而增大。无论使用何种pH值调节剂,pH值为10～11.5时,纳米SiO2溶胶的粒径能够稳定在43nm左右。随着pH值的升高,Si片与抛光液的反应越来越强烈,其反应产物在抛光液中的溶解度也会越来越大。pH值调节剂影响Si片表面钝化膜的形成速率和去除速率,并最终影响Si片化学机械抛光的效果。     

W-Mo合金表面超精密加工的CMP技术研究

阐述了金属化学机械抛光的机理。将半导体制造工艺中的nm级平坦化技术、化学机械抛光技术拓展并应用到W-Mo合金工艺中,在实现精密物理材料表面高平坦度、低粗糙度的前提下,提高W-Mo合金去除速率。采用碱性抛光液进行实验,确定了抛光液的成分;分析了W-Mo合金化学机械抛光中压力、流量、转速、pH值、活性剂等参数对W-Mo合金的影响。实验表明,实现W-Mo合金表面超精密抛光的最佳条件为:压力0.06MPa,流速160mL/min,转速60r/min,pH值10.1~10.3。     

新型GLSI弱碱性铜抛光液稳定性研究

随着极大规模集成电路(GLSI)技术节点逐渐降低至28 nm,多层铜布线化学机械抛光过程中弱碱性抛光液的稳定性成为人们研究的热点.以四乙基氢氧化铵作为pH调节剂,配制不同pH值的新型弱碱性抛光液,研究各组抛光液的pH值、粒径、Zeta电位以及铜去除速率、表面粗糙度和去除速率一致性随存放时间(0,12,24,36和48 h)的变化,并与KOH作为pH调节剂的抛光液进行了对比.结果表明,pH值、粒径、Zeta电位在存放时间内基本不变.pH值大于10时平坦化效果较差,pH值为9.0时,平坦化效果较好,0和48 h铜去除速率为530 nm/min和493.1 nm/min,抛光后铜表面粗糙度为0.718和0.855 nm,铜去除速率一致性为4.31％和4.54％,该抛光液加入双氧水后可以稳定存放48 h以上,可满足工业生产的要求.     

TiO2薄膜CMP 抛光液组分的研究

在本文中,采用化学机械抛光(CMP)对TiO2薄膜进行平坦化处理,以降低TiO2薄膜表面粗糙度和提升抛光去除速率。实验基于优化的TiO2薄膜CMP工艺参数,通过研究抛光液组分：硅溶胶浓度、螯合剂和活性剂浓度以及抛光液pH值对材料去除速率和表面粗糙度的影响,获得最佳的抛光液组分。实验结果表明：在磨料SiO2浓度为8 %、螯合剂为10 ml/L、活性剂为50 ml/L,pH = 9.0时,TiO2薄膜材料去除速率(MRR)为65.6 nm/min,表面粗糙度(Ra)为1.26 ?(测试范围: 10 μm×10 μm),既保证了较高去除速率又降低了表面粗糙度。     

不同表面活性剂对铜互连阻挡层CMP一致性的影响北大核心CSCD

为实现铜互连阻挡层化学机械抛光的高平坦化,研究了阻挡层抛光液中表面活性剂的作用。在抛光液中分别添加非离子型表面活性剂异辛醇聚氧乙烯醚(JFC-E)、本课题组研发的Ⅱ型活性剂以及复合表面活性剂,研究其对阻挡层CMP中铜和正硅酸乙酯(TEOS)去除速率及一致性的影响。实验结果表明,表面活性剂不仅可以改善Cu和TEOS的去除速率一致性和晶圆全局一致性,还可以降低铜表面的粗糙度,通过复配两种不同的表面活性剂,可以提高Cu和TEOS的去除速率,使Cu和TEOS的剩余厚度片内非均匀性(WIWNU)分别降低至1.39%和1.38%,铜表面粗糙度从5.25 nm降至1.51 nm。基于实验结果,研究并提出了表面活性剂影响抛光液润湿性,从而改善片内非均匀性和铜表面质量的机理。     

碱性条件下铝CMP的机理分析及实验优化

依据铝的电化学腐蚀特性,阐明了碱性条件下铝化学机械抛光(CMP)的机理。由于铝的硬度较低,在抛光过程中容易产生微划伤等缺陷,因此首先探索出适宜铝化学机械抛光的低压条件(4 psi,1 psi=6.895 kPa)。此外,提出两步抛光的方法,在抛光初期采用压力4 psi,抛光液由质量分数为40%的纳米级硅溶胶与去离子水(DIW)以体积比1∶1配制,氧化剂(H2O2)体积分数为1.5%,FA/O I型表面活性剂体积分数为1%,调节FA/OⅡ型螯合剂pH值为11.0,获得了较高的铝去除速率(341 nm/min)。在抛光后期采用低压1.45 psi,抛光液主要成分为体积分数5%的FA/O表面活性剂,并在较大体积流量(300 mL/min)的条件下进行抛光,充分利用表面活性剂的作用,对实验方案进行优化。采用优化后的实验方案,铝表面的划伤和缺陷显著减少。     

新型碱性抛光液各组分对铜化学机械平坦化性能的影响

随着集成电路特征尺寸的减小、晶圆尺寸的增大以及布线层的逐渐增多,加工晶圆过程中实现较高的材料去除速率、较小的片内非一致性(WIWNU)及较小的表面粗糙度已经成为铜化学机械抛光工艺的几大难点.采用正交实验法选取5组抛光液进行Cu CMP实验,系统研究了含有双氧水、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、FA/O Ⅰ型螯合剂与苯骈三氮唑(BTA)的碱性抛光液化学组分对铜去除速率、WIWNU的影响,并对铜CMP的各种变化规律做出机理分析.结果表明:采用pH值约为8.6,体积分数为3％的H202,质量分数为0.08％的非离子表面活性剂AEO与体积分数为1.5％的螯合剂的碱性抛光液,在12英寸(1英寸=2.54 cm)铜镀膜片抛光后有助于去除速率达到629.1 nm/min,片内非一致性达到4.7％,粗糙度达到1.88 nm.     

钨插塞在化学机械抛光中的化学作用机理研究

采用有机碱和过氧化氢作为抛光液的pH值调节剂和氧化剂,分析化学机械抛光过程中化学作用对抛光过程的影响。氧化剂在钨表面形成较软的钝化膜,这层钝化膜可以使钨容易磨除,提高高低选择比;在压力作用下,有机碱进一步和氧化表面发生反应,使抛光速率进一步提高;而有机碱的作用还可使钨和二氧化硅介质之间的选择比较低,以避免碟形坑的出现。     

基于SiO2溶胶的稳定性的Cu/SiO2催化体系在化学机械抛光中的应用研究

There is a lot ofhydroxyl on the surface ofnano SiO2 sol used as an abrasive in the chemical mechanical planarization （CMP） process, and the chemical reaction activity of the hydroxyl is very strong due to the nano effect. In addition to providing a mechanical polishing effect, SiO2 sol is also directly involved in the chemical reaction. The stability of SiO2 sol was characterized through particle size distribution, zeta potential, viscosity, surface charge and other parameters in order to ensure that the chemical reaction rate in the CMP process, and the surface state of the copper film after CMP was not affected by the SiO2 sol. Polarization curves and corrosion potential of different concentrations of SiO2 sol showed that trace SiO2 sol can effectively weaken the passivation film thickness. In other words, SiO2 sol accelerated the decomposition rate of passive film. It was confirmed that the SiO2 sol as reactant had been involved in the CMP process of copper film as reactant by the effect of trace SiO2 sol on the removal rate of copper film in the CMP process under different conditions. In the CMP process, a small amount of SiO2 sol can drastically alter the chemical reaction rate of the copper film, therefore, the possibility that Cu/SiO2 as a catalytic system catalytically accelerated the chemical reaction in the CMP process was proposed. According to the van＇t Hoff isotherm formula and the characteristics of a catalyst which only changes the chemical reaction rate without changing the total reaction standard Gibbs free energy, factors affecting the Cu/SiO2 catalytic reaction were derived from the decomposition rate of Cu （OH）2 and the pH value of the system, and then it was concluded that the CuSiO3 as intermediates of Cu/SiO2 catalytic reaction accelerated the chemical reaction rate in the CMP process. It was confirmed that the Cu/SiO2 catalytic system generated the intermediate of the catalytic reaction （CuSiO3） in the CMP process through the removal rate of copper film, infrared spectrum and AFM diagrams in different pH conditions. FinalLy it is concluded that the SiO2 sol used in the experiment possesses stable performance; in the CMP process it is directly involved in the chemical reaction by creating the intermediate of the catalytic reaction （CuSiO3） whose yield is proportional to the pH value, which accelerates the removal of copper film.     

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。     

基于分子量级的化学机械抛光材料去除机理

Katsuki采用原子力显微镜(AFM)模拟单个磨粒与芯片的划痕作用,文中以此为基础使用线性回归的方法计算了化学机械抛光(CMP)中实际载荷情况下的划痕深度数量级为10-11m;Nishizawa应用椭圆偏振光谱仪(SE)测试了氧化薄膜厚度和反应时间的关系,并结合理论计算得到1.0×10-8s内氧化薄膜厚度的量级为10-13m.实验结果为单分子层材料去除机理提供了依据.最后,以此机理为基础,建立了单分子层材料去除模型,结果与他人实验相吻合,为进一步研究CMP中单分子层材料去除机理提供了理论依据.     

磷酸和酒石酸在GSI阻挡层CMP抛光液中的应用

在阻挡层的化学机械平坦化(CMP)过程中,Cu与阻挡层去除速率的一致性是保证平坦化的关键问题之一。低k介质材料的引入要求阻挡层在低压力下用弱碱性抛光液进行CMP,这给抛光液对不同材料的选择性提出了新的挑战。研究了低压2 psi,(1 psi=6.89 kPa)CMP条件下,磷酸和酒石酸作为阻挡层抛光液pH调节剂对Cu和Ta的络合作用。实验结果表明,酒石酸对Cu和Ta有一定的络合作用,能够提高它们的去除速率;磷酸能提高Ta的去除速率,而对Cu的去除有抑制作用。最终在加入磷酸浓度为2×10-2mol/L,酒石酸浓度为1×10-2mol/L,H2O2体积分数为0.3%,pH=8.5时,Cu/Ta/SiO2介质的去除速率选择比达到了1∶1∶1,去除速率约为58 nm/min;同时,磷酸和酒石酸的加入能够有效改善Cu的表面状态。     

多层铜布线表面CMP后颗粒去除研究

针对目前清洗技术存在的问题进行了详细分析,研究了微电子材料表面污染物的来源及其危害,并介绍了表面活性剂在颗粒去除方面的作用。研究了化学机械抛光(CMP)后Cu布线片表面的颗粒吸附状态,分析了铜片表面颗粒的吸附机理。采用非离子表面活性剂润湿擦洗方法,使Cu表面的颗粒处于易清洗的物理吸附状态。利用金相显微镜和原子力显微镜(AFM)在清洗前后进行对比分析,实验采用聚乙烯醇(PVA)刷子分别对铜片和铜布线片进行清洗,发现非离子界面活性剂能够有效去除化学机械抛光后表面吸附的杂质,达到了较好的清洗效果。