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。     

硅晶片双面超精密化学机械抛光

为提高硅晶片双面超精密抛光的抛光速率,在分析双抛工艺过程基础上,采用自制大粒径二氧化硅胶体磨料配制了SIMIT8030-Ⅰ型新型纳米抛光液,在双垫双抛机台上进行抛光实验.抛光液、抛光前后厚度、平坦性能及粗糙度通过SEM、ADE-9520型晶片表面测试仪、AFM进行了表征.结果表明:与进口抛光液Nalco2350相比,SIMIT8030-Ⅰ型抛光液不仅提高抛光速率40%(14μm/h vs 10μm/h);而且表面平坦性TTV和TIR得到改善;表面粗糙度由0.4728nm降至0.2874nm,即提高抛光速率同时显著改善了抛光表面平坦性和粗糙度.     

纳米CeO2磨料对GaAs晶片的CMP性能研究

通过均相沉淀法制备了不同粒径的CeO2超细粉体,并配制成不同氧化剂浓度和pH值的抛光液对GaAs晶片进行化学机械抛光.研究了不同粒径CeO2磨料对GaAs晶片的抛光效果,并对GaAs晶片化学机械抛光材料去除机理进行了探讨.结果表明,使用超细CeO2磨料最终在1 μ m×1 μ m的范围内达到了微观表面粗糙度Ra值为0.740nm的超光滑表面,而且抛光后表面的微观起伏更趋于平缓.实验证明,超细CeO2磨料对GaAs晶片具有良好的抛光效果.     

硅晶片双面超精密化学机械抛光

为提高硅晶片双面超精密抛光的抛光速率,在分析双抛工艺过程基础上,采用自制大粒径二氧化硅胶体磨料配制了SIMIT8030-Ⅰ型新型纳米抛光液,在双垫双抛机台上进行抛光实验.抛光液、抛光前后厚度、平坦性能及粗糙度通过SEM、ADE-9520型晶片表面测试仪、AFM进行了表征.结果表明:与进口抛光液Nalco2350相比,SIMIT8030-Ⅰ型抛光液不仅提高抛光速率40%(14μm/h vs 10μm/h);而且表面平坦性TTV和TIR得到改善;表面粗糙度由0.4728nm降至0.2874nm,即提高抛光速率同时显著改善了抛光表面平坦性和粗糙度.     

硅晶片双面超精密化学机械抛光

为提高硅晶片双面超精密抛光的抛光速率，在分析双抛工艺过程基础上，采用自制大粒径二氧化硅胶体磨料配制了SIMIT8030-I型新型纳米抛光液，在双垫双抛机台上进行抛光实验. 抛光液、抛光前后厚度、平坦性能及粗糙度通过SEM、ADE-9520型晶片表面测试仪、AFM进行了表征. 结果表明：与进口抛光液Nalco2350相比，SIMIT8030-I型抛光液不仅提高抛光速率40% (14μm/h vs 10μm/h) ；而且表面平坦性TTV和TIR得到改善；表面粗糙度由0.4728nm降至0.2874nm，即提高抛光速率同时显著改善了抛光表面平坦性和粗糙度.     

SiO2/CeO2混合磨料对硅CMP效果影响

以获得高去除速率和低表面粗糙度为目标,建立了基于纳米氧化铈-硅溶胶复配混合磨料新模式。采用小粒径、低分散度的30 nm氧化铈-硅溶胶复配混合作为磨料,利用氧化铈对硅片表面化学反应产物硅酸胺盐的强络合作用,加快了硅衬底表面化学反应进程。分析了复合磨料抛光的机理,通过Aglient 5600LS原子力显微镜,测试了抛光前后的厚度及抛光后的硅片表面微粗糙度。实验结果表明,复合磨料抛光后硅片表面在10μm×10μm范围内粗糙度方均根值0.361 nm,表面微粗糙度降低16%以上,去除率为1 680 nm/min,硅CMP速率提高8%以上,实现了高去除速率、低表面粗糙度的硅单晶抛光。     

磨料粒径对多层Cu布线CMP的影响北大核心

阐述了碱性抛光液中磨料的质量传递作用对多层Cu布线化学机械抛光(CMP)过程中抛光速率和抛光后晶圆表面状态的影响,通过对比不同磨料粒径抛光液在3英寸(1英寸=2.54 cm)铜晶圆上的抛光实验结果,分析了不同磨料粒径抛光液的抛光速率以及抛光后晶圆的表面状态,选择了一种粒径为100 nm、质量分数为3%的磨料,粗抛(P1)的抛光速率达到650 nm/min,抛光后晶圆表面粗糙度由10.5 nm降至2.5 nm,大大提高了抛光后晶圆的表面状态以及平坦化效果,可对多层Cu布线CMP过程中磨料的选择提供一定的参考。     

硒化镉晶片的化学机械抛光

硒化镉(CdSe)的表面加工质量对CdSe基器件的性能至关重要.化学机械抛光(CMP)是一种获得高质量晶体加工表面的常用方法.为改善CdSe晶片的表面加工质量,以SiO2水溶胶配制抛光液,研究了抛光液磨料质量分数、抛光液pH值、氧化剂NaClO的质量分数、抛光盘转速和抛光时间等因素对CdSe晶片抛光去除速率和表面质量的影响,优化了CdSe的CMP工艺参数.结果表明,在优化工艺条件下,CdSe的平均去除速率为320 nm/min,晶片的抛光表面无明显划痕和塌边现象.原子力显微镜(AFM)测量结果表明,抛光后的CdSe晶片表面粗糙度为0.542 nm,可以满足器件制备要求.     

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。     

航空太阳能电池用超薄锗单晶的精密抛光

主要对影响锗单晶抛光后表面微粗糙度的关键因素—抛光液组分的作用进行分析。采用变量控制的实验方法,从活性剂、有机胺碱、氧化剂、硅溶胶磨料和螯合剂五个因素出发进行实验。针对粗糙度影响因素进行分析与优化,同时对抛光速率进行了分析,研究得出,抛光液组分中氧化剂浓度对CMP过程中锗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,在抛光速率基本满足工业要求(1.5μm/min)下,经过CMP后锗衬底表面微粗糙度可有效降到1.81 nm(10μm×10μm)。在最佳配比下,采用小粒径、低分散度(99%82.2 nm)的硅溶胶磨料配制抛光液,其抛光效果明显优于采用大粒径、高分散度的硅溶胶磨料配制的抛光液。     

有机胺碱对硅通孔铜膜化学机械抛光的影响

有机胺碱可与铜离子反应且产物在碱性条件下溶于水,这为硅通孔(TSV)铜膜的碱性化学机械抛光(CMP)提供了有利条件.研究了大分子有机胺碱对铜膜化学机械抛光的影响.首先测试了不同体积分数有机胺碱对碱性抛光液中磨料粒径和Zeta电位的影响,然后在直径3英寸(1英寸=2.54 cm)铜片上模拟了不同体积分数有机胺碱对铜去除速率的影响.实验结果表明:有机胺碱对抛光液中磨料粒径和Zeta电位没有影响;随着有机胺碱体积分数的增加,铜的去除速率先快速增加,达到一峰值后趋于稳定,最后略有下降;当有机胺碱的体积分数为5％时,TSV图形片铜膜去除速率达到最高值2.1tμm/min,剩余铜膜总厚度差减小到1.321 76 nm,实现了纳米级的化学机械抛光.     

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.     

碱性铜精抛液中表面活性剂ADS对平坦化效果的影响

研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵(ADS)在弱碱性铜抛光液中对晶圆平坦化效果的影响.对不同质量分数的阴离子表面活性剂ADS下的抛光液表面张力、铜去除速率、抛光后铜膜的碟形坑高度、晶圆片内非均匀性和表面粗糙度进行了测试.实验结果表明,当阴离子表面活性剂ADS的质量分数为0.2％时,抛光液的表面张力降低,铜的去除速率为202.5 nm·min-1,去除速率片内非均匀性减小到4.15％,抛光后铜膜的碟形坑高度从132 nm降低到68.9 nm,表面粗糙度减小到1.06 nm.与未添加表面活性剂相比,晶圆表面的平坦化效果得到改善.     

纳米级三氧化二铝对碱性钨抛光液的影响

研究了纳米级三氧化二铝颗粒的加入对以二氧化硅为磨料的碱性钨抛光液的影响。首先用单一因素法分析了三氧化二铝与二氧化硅质量比对原有碱性钨抛光液的去除速率的影响,以及氧化剂体积分数和pH值对抛光液去除速率的影响,取最优值,然后对添加三氧化二铝抛光液抛光后晶圆表面粗糙度进行了测试分析。实验结果显示在三氧化二铝与二氧化硅质量比为1∶2,二氧化硅水溶胶与去离子水体积比为1∶1,氧化剂体积分数为2%,pH值为9时,去除速率达到175 nm/min,较原有碱性钨抛光液提高约1倍,表面粗糙度为2.24 nm,能满足实际生产要求。     

Material removal mechanism in chemical mechanical polishing: theoryand modeling

The abrasion mechanism in solid-solid contact mode of the chemical mechanical polishing (CMP) process is investigated in detail. Based on assumptions of plastic contact over wafer-abrasive and pad-abrasive interfaces, the normal distribution of abrasive size and an assumed periodic roughness of pad surface, a novel model is developed for material removal in CMP. The basic model is MRR=ρ_wNVol _removed, where ρ_w is the density of wafer N the number of active abrasives, and Vol_removed the volume of material removed by a single abrasive. The model proposed integrates process parameters including pressure and velocity and other important input parameters including the wafer hardness, pad hardness, pad roughness, abrasive size, and abrasive geometry into the same formulation to predict the material removal rate (MRR). An interface between the chemical effect and mechanical effect has been constructed through a fitting parameter H_w a “dynamical” hardness value of the wafer surface, in the model. It reflects the influences of chemicals on the mechanical material removal. The fluid effect in the current model is attributed to the number of active abrasives. It is found that the nonlinear down pressure dependence of material removal rate is related to a probability density function of the abrasive size and the elastic deformation of the pad. Compared with experimental results, the model accurately predicts MRR. With further verification of the model, a better understanding of the fundamental mechanism involved in material removal in the CMP process, particularly different roles played by the consumables and their interactions, can be obtained     

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.     

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.     

磨料对硒化锌雾化施液化学机械抛光的影响

采用雾化施液化学机械抛光（CMP）的方法,以材料去除速率和表面粗糙度为评价指标,选取最适合硒化锌抛光的磨料,通过单因素实验对比CeO2、SiO2和Al2O3三种磨料的抛光效果。结果显示:采用Al2O3抛光液可以获得最高的材料去除率,为615.19nm/min,而CeO2和SiO2磨料的材料去除率分别只有184.92和78.56nm/min。进一步分析磨料粒径对实验结果的影响规律,表明100nm Al2O3抛光后的表面质量最佳,粗糙度Ra仅为2.51nm,300nm Al2O3的去除速率最大,达到1 256.5nm/min,但表面存在严重缺陷,出现明显划痕和蚀坑。在相同工况条件下,与传统化学机械抛光相比,精细雾化抛光的去除速率和表面粗糙度与传统抛光相近,但所用抛光液量约为传统抛光的1/8,大大提高了抛光液的利用率。