碱性铜抛光液在CMP工艺中的性能评估

研究了一种碱性铜抛光液,其基本组分是硅溶胶磨料、新型FA/O V型螯合剂、非离子表面活性剂和氧化剂(H2O2)。在压力为2 psi(1 psi=6.895 kPa)、抛头转速与抛盘转速分别为97和103 r/min、流量为300 mL/min的条件下,分析了铜膜去除速率随着螯合剂和氧化剂体积分数增加的作用规律。结果表明,加入体积分数2%的螯合剂和体积分数3%的氧化剂时,抛光液具有较好的自钝化能力和较高的铜膜去除速率。同时,研究了工艺参数在抛光过程中对去除速率和片内非均匀性(WIWNU)的影响,平坦化实验的抛光工艺选择压力1.5 psi、抛头和抛盘转速分别为87和93 r/min、流量300 mL/min。实验结果表明:此种抛光液在上述工艺条件下,抛光结束时剩余高低差为63.7 nm,具有较好的平坦化效果,对抛光液商业化提供了参考价值。     

CMP工艺参数对TiO_2薄膜去除速率的影响

在TiO2薄膜化学机械抛光(CMP)加工过程中,TiO2薄膜的材料去除速率(MRR)非常重要。对抛光工艺参数进行了优化研究,CMP实验采用自主配制的碱性抛光液对TiO2进行抛光,研究了抛光压力、抛光液流量、抛光头转速和抛光盘转速对材料去除速率的影响。实验结果表明:在抛光压力为1 psi(1 psi=6 895 Pa)、抛光液流量为250 mL/min、抛光头转速为87 r/min、抛光盘转速为80 r/min的工艺条件下,TiO2薄膜去除速率达到61.2 nm/min,既节约了成本又保证了较高的材料去除速率。     

应用于LOCOS隔离工艺的平坦化技术研究

介绍了LOCOS隔离技术的原理,研究了应用于LOCOS工艺的反刻平坦化技术,通过调整刻蚀中反应气体流量等工艺参数,在CHF3流量50 mL/min、O2流量2 mL/min条件下,获得了较好的平坦化表面。研究了应用于LOCOS工艺的CMP平坦化技术,通过调整CMP压力、转速、流量等工艺参数,控制了抛光速率和精度,提高平坦化的均匀性,在工艺条件为压力1psi(1 psi=6.89×103 Pa),转速25 r/min,流量120 mL/min时,获得了良好的平坦化形貌。通过实验对比发现,CMP平坦化效果优于反刻平坦化,适合于实际生产应用。     

不同抛光参数对蓝宝石衬底CMP质量的影响

蓝宝石衬底化学机械抛光(CMP)质量直接影响器件的成品率和可靠性。抛光液和抛光工艺参数是影响CMP质量的决定性因素。为了得到更优的抛光液利用率以及更好的抛光效果,系统研究了自主研制的抛光液pH值、抛光压力、转速和流量等抛光参数对c面蓝宝石衬底化学机械抛光去除速率和表面粗糙度的影响。结果表明,去除速率随pH值、抛光压力、转速和流量的升高先增加后减小;表面粗糙度随pH值、抛光压力、转速的升高先减小后增加,随流量升高而慢慢降低。通过实验进行优化,当pH值为10.5、抛光压力为27.6 kPa、抛光头转速为40 r/min、抛光盘转速为45 r/min、流量为160 mL/min时,去除速率能稳定在2.69 μm/h,表面粗糙度为0.184 nm。此规律对指导工业生产具有重要的意义。     

固结磨料抛光K9光学玻璃的工艺实验研究

采用一种亲水性固结磨料抛光垫(FAP),通过单因素实验法,系统地研究了抛光K9光学玻璃过程中抛光时间、偏心距、压力、转速、抛光液流量及pH值等工艺参数对材料去除速率(MRR)和表面粗糙度的影响规律,并对实验结果进行了解释。结果表明:随着抛光时间的延长,K9光学玻璃的MRR逐渐呈下降趋势;在抛光20min时,MRR达最大值310nm/min,且表面粗糙度降至最低值为2.73nm;选择较大的偏心距和碱性抛光液环境均有利于提高MRR;随着抛光盘转速的升高,MRR将显著增大。而在一定范围内,抛光压力和抛光液流量对MRR的影响不大。     

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。     

ULSI铜布线阻挡层Ta CMP及抛光液的研究

ULSI多层铜互连线中,由于Cu与Ta的硬度不同带来抛光速率的差异,使得在CMP过程中各种缺陷如碟形坑缺陷、磨蚀缺陷极易发生。研究分析了H2O2、有机碱对Cu和Ta抛光速率的影响,并进行了不同抛光液配比的试验。实验证明,在温度为30℃、压力0.08 MPa,转速60 r/min、抛光液流量为160 mL/min、抛光液成份为V(H2O2)∶V(有机碱)∶V(活性剂)∶V(螯合剂)=5∶15∶15∶25时,抛光速率一致性较好,能够有效降低碟形坑的出现几率;Cu、Ta的抛光速率均为500 nm/min左右,实现了CMP的全局平坦化。     

碱性条件下硬盘NiP基板抛光速率正交试验分析

利用单面抛光机和SiO2碱性抛光液进行了以硬盘NiP基板CMP去除速率为考核指标的工艺试验.针对抛光速率是受各个工艺因素共同影响这一特性,应用正交试验方法分析了CMP中5个重要工艺参数(抛光压力、抛光液流量、抛光盘转速、抛光液浓度,氧化剂质量分数)对硬盘NiP基板抛光去除速率的影响规律,并结合抛光机理对其进行了分析.试验分析表明,抛光压力为0.2 MPa,抛光液流量为500 mL/min,抛光盘转速为50 r/min,磨料质量分数为20%,氧化剂体积分数为0.3%时,可以得到较高的抛光速率,为740 nm/min.     

采用PSG牺牲层的空腔结构平坦化工艺

对基于微机电系统(MEMS)采用磷硅玻璃(PSG)牺牲层的空腔结构平坦化工艺进行了研究。探讨了抛光液体积流量、抛光压力、抛光液种类对牺牲层抛光速率、均匀性和硅槽台阶高度的影响,并对膜层表面质量进行分析和表征。结果表明：二氧化硅类抛光液体积流量控制在120 mL/min,此时抛光速率最高且有利于节约成本;优化了抛光压力工艺参数,当晶圆背压和保持环压力之比为0.76,即当晶圆背压为320 g/cm³,保持环压力为420 g/cm³时,可有效地改善牺牲层薄膜的均匀性;引入二氧化铈类抛光液,采用两步抛光工艺,即粗抛时采用二氧化硅类抛光液,精抛时采用二氧化铈类抛光液,可以得到较为理想的台阶高度差;最后将化学机械抛光(CMP)后牺牲层表面形貌进行表征,得到较为优异的牺牲层薄膜质量。     

ULSI制造中Cu的电化学机械抛光

电化学机械抛光(ECMP)技术可以在低压力下进行,有可能替代化学机械抛光(CMP)技术,满足含易碎、低介电常数材料的小尺寸特征结构的ULSI中Cu的抛光要求。利用自制的抛光液和改装的抛光机对晶圆片和图案晶圆片上的Cu进行电化学机械抛光,研究了抛光电压、抛光台转速、抛光压力和抛光液流量对抛光速率的影响,发现在抛光电压为4.7V、流量为150～200mL/min、抛光台转速为30～40r/min、抛光压力为3.45kPa时能达到较好的抛光速率。考察了抛光电压对图案晶圆片上台阶高度减小效率的影响,发现台阶高度减小效率随抛光电压增大而减小,并且对抛光机理做了初步分析。     

雾化施液CMP工艺优化

通过改进抛光雾液供液系统,结合超声波雾化技术对原雾化施液CMP实验系统进行优化,并进行了工艺实验。通过单因素试验研究雾化参数对抛光结果的影响,利用正交试验得到最优工艺参数组合,并在相同条件下将雾化抛光与传统抛光进行比较。结果表明:该实验系统的最优参数组合为雾化器电压50 V、抛光压力8 psi(1 psi=6 895 Pa)、抛光盘转速为70 r/min,此时材料去除速率为171.853 nm/min,表面粗糙度为4.76 nm。与传统抛光相比材料去除速率稍低,但表面粗糙度要好,且抛光液消耗量(1.03 g/min)约为传统抛光(10 g/min)的1/10。由于雾化器将抛光液中分子结构打散形成大量雾液,从而减少抛光液中磨粒团聚,同时雾化液更能均匀分散吸附在抛光垫上,增加了参与抛光的有效磨粒数,有利于材料去除和形成高质量表面。     

CMP工艺对Co/Cu去除速率及速率选择比的影响研究

化学机械抛光(CMP)工艺中,选用了固定的抛光液组分,即3%体积百分比的FA/O型螯合剂、3%体积百分比的FA/O I型非离子表面活性剂、5% SiO₂。首先研究了不同抛光工艺参数,包括抛光压力、抛光头/抛光盘转速、抛光液流量等,对Co/Cu去除速率及选择比的作用机理。然后采用4因素、3水平的正交试验方法对抛光工艺进行优化实验,得到了较佳的工艺参数。在抛光压力为13.79 kPa、抛光头/抛光盘转速为87/93 r/min、抛光液流速为300 mL/min的条件下,Co/Cu的去除速率选择比为3.26,Co和Cu的粗糙度分别为2.01 、1.64 nm。     

不同磨料质量分数对化学机械平坦化的影响

采用自主研发的碱性铜抛光液,在E460E机台上研究了不同磨料质量分数对铜和钽抛光速率与膜厚一致性的影响;分析了磨料质量分数为2%,2.8%和3.6%时,膜厚一致性对平坦化的影响。抛光结果显示:当磨料质量分数高于2.8%时,抛光液开始对钽进行有效的抛光;随着磨料浓度的增加,抛光液的膜厚一致性提高趋于平缓。磨料质量分数为2.8%和3.6%时,抛光后膜厚一致性变好,碟形坑满足工业生产要求;磨料质量分数为2%时,抛光后膜厚一致性比抛光前恶化,碟形坑相对较大。由此可见,当磨料质量分数为2.8%时,抛光液能有效去除残余铜,并且抛光后膜厚一致性好,有利于实现平坦化,尤其是对提高成品率和优品率有重要的作用。     

SiO2抛光液对A1N基片抛光性能的影响

针对AlN基片CMP平坦性问题,从pH值、磨料粒度以及磨料的质量分数等方面研究了抛光液参数对抛光效果的影响。通过对AlN基片进行抛光实验,确定pH为10.5～11.5时,采用大粒径、高质量分数纳米SiO2溶胶作为磨料,有利于抛光速率的提高。利用纳米SiO2溶胶、去离子水、pH调节剂和稳定剂自主配制抛光液A,与纯水按质量比1∶5稀释后,在压力1.8MPa、转速60r/min、流速340mL/min条件下,对AlN基片进行抛光,抛光速率为0.5μm/min。抛光1.5h后,AlN基片的表面粗糙度可达28nm,表面无划痕。     

抛光工艺参数对高纯氧化铝陶瓷基材抛光效果的影响

高纯氧化铝陶瓷基材广泛应用于精密电阻、微波集成电路等高端领域。为了获得具有超高平整度、纳米级表面质量的高纯氧化铝陶瓷基材，采用机械抛光(精研)与化学机械抛光(CMP)(精抛)相结合的工艺路线，系统研究了精研过程中的压力、转速、磨料的粒径、抛光液流速及CMP过程中的抛光压力、转速等工艺参数对抛光效果的影响。结果表明，精研压力为588 N,上、下研磨盘转速分别为45和50 r/min,多晶金刚石研磨液的粒径为1μm,磨料添加速率为1.5 mL/min,精研时长达到2.5 h时，陶瓷基材即可达到抛光工序的表面质量要求。抛光压力为588 N,上、下研磨盘转速分别为20和25 r/min,硅溶胶抛光液粒径为80 nm,抛光2 h时，高纯氧化铝陶瓷基材的表面粗糙度可达到纳米级别。     

选择性抛光液的研究

抛光液是化学机械平坦化的关键耗材,而针对STI和铜线的抛光,通常使用选择性抛光液。采用二氧化铈作为研磨颗粒的第二代抛光液,具有自动停止的特点,配合粗抛和精抛,能够十分有效解决目前STI存在的工艺缺点。而针对铜线的抛光,介绍了有机物作为研磨颗粒的抛光液,具备十分卓越的选择比,高产出和低缺陷,将是今后重点发展的产品类型之一。     

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。     

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.     

ULSI多层互连中W-CMP速率研究

随着IC制造技术进入到亚深微米时代,化学机械抛光(CMP)工艺成为ULSI多层布线的关键技术之一。分析了W-CMP的机理,抛光液对W材料表面具有化学腐蚀和机械研磨的双重作用,对抛光速率有着重要的影响。在分析了抛光液中各组分的作用基础上,重点研究了专用的氧化剂、磨料、pH值调节剂和抛光液流量对CMP速率的影响,优化配制了高速率、高平整的碱性W抛光液。实验证明,抛光液流量为150mL/min,V(硅溶胶):V(水)=1:1,有机碱为5mL/L,活性剂为5mL/L,H2O2质量浓度为20mL/L时,能够获得较高的抛光速率,并实现了全局平坦化。最后对W-CMP中存在的问题和发展趋势进行了分析和展望。