大直径硅晶片化学机械抛光及其终点检测技术的研究与应用

化学机械抛光是硅片全局平坦化的核心技术,然而在实用阶段上,这项技术还受限于一些制造系统整合上的问题,其中有效的终点检测系统是影响抛光成效的重要关键.若未能有效地监测抛光运作,便无法避免硅片产生抛光过度或不足的缺陷.本文在介绍CMP机制与应用的基础上,系统分析了CMP终点检测技术的研究现状及存在的问题.     

集成电路工艺中减薄与抛光设备的现状及发展

晶圆加工是单晶硅衬底和集成电路制造中的关键技术之一,为了得到更稳定的硅片,提高其平整度和表面洁净度,国内外技术人员越来越注重减薄与抛光设备的研究与改进。介绍了针对硅片平坦化工艺的减薄设备及现阶段加工过程中防止碎片的技术方法;介绍了化学机械抛光设备的技术发展现状以及针对硅片抛光的后清洗工艺。     

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。     

硅衬底超精密CMP中抛光液的研究

针对硅衬底的化学机械抛光,采用自制的大粒径硅溶胶抛光液进行抛光实验,研究了抛光液中主要组分对抛光速率和表面平整度的影响,以提高抛光速率和抛光质量,采用测厚仪、AFM、台阶仪对抛光速率和表面进行了测试和表征.通过优化实验获得了高速率、高平整的抛光表面.去除速率(MRR)达697nm/min,表面粗糙度(RMS)降低至0.4516nm,在提高抛光速率的同时对硅片实现了超精密抛光.     

硅衬底超精密CMP中抛光液的研究

针对硅衬底的化学机械抛光,采用自制的大粒径硅溶胶抛光液进行抛光实验,研究了抛光液中主要组分对抛光速率和表面平整度的影响,以提高抛光速率和抛光质量,采用测厚仪、AFM、台阶仪对抛光速率和表面进行了测试和表征.通过优化实验获得了高速率、高平整的抛光表面.去除速率(MRR)达697nm/min,表面粗糙度(RMS)降低至0.4516nm,在提高抛光速率的同时对硅片实现了超精密抛光.     

300 mm硅片双面抛光过程数学模拟及分析

建立了双面抛光过程中硅片表面上的一点相对于抛光布的运动模型;利用数学软件,模拟出不同速度下的运动轨迹.轨迹和实验结果表明,在其他双面抛光工艺不变的情况下,改变抛光机四个部分的转速,对硅片表面的平整度有很大的影响,特别是边缘部分的局部平整度.优化四个转速,可以显著改善300 mm硅片表面的平整度和局部平整度.     

化学机械抛光中的硅片夹持技术

目前半导体制造技术已经进入0.1 3μm时代,化学机械抛光(CMP)已经成为IC制造中不可缺少的技术.本文描述了下一代IC对大尺寸硅片(≥300mm)局部和全局平坦化精度的要求,介绍了目前工业发达国家在化学机械抛光加工中硅片夹持技术方面的研究现状,分析了当前硅片夹持技术中存在的问题,并指出了未来大尺寸硅片超精密平坦化加工中夹持与定位技术的发展趋势.     

硅衬底超精密CMP中抛光液的研究

针对硅衬底的化学机械抛光，采用自制的大粒径硅溶胶抛光液进行抛光实验，研究了抛光液中主要组分对抛光速率和表面平整度的影响，以提高抛光速率和抛光质量，采用测厚仪、AFM、台阶仪对抛光速率和表面进行了测试和表征. 通过优化实验获得了高速率、高平整的抛光表面. 去除速率（MRR）达697nm/min，表面粗糙度（RMS）降低至0.4516nm，在提高抛光速率的同时对硅片实现了超精密抛光.     

基于磨粒运动轨迹的硅片化学机械抛光材料去率研究

硅片化学机械抛光（CMP）是机械作用与化学作用相结合的技术,硅片表面的化学反应层主要是由抛光液中磨料的机械作用去除,磨粒对硅片表面的摩擦和划擦对硅片表面材料的去除起着重要作用。磨粒在硅片表面上的划痕长度直接影响硅片表面的材料去除率。本文首先在实验结果的基础上分析了硅片CMP过程中磨粒的分布形式,然后根据运动学和接触力学理论,分析了硅片、磨粒及抛光垫三者之间的运动关系,根据磨粒在硅片表面上的运动轨迹长度,得出了材料去除率与抛光速度之间的关系,该分析结果与实验结果一致,研究结果可为进一步理解硅片CMP的材料去除机理提供理论指导。     

硅片表面粗糙度对界面态的影响

针对硅片研磨和抛光产生的亚表面损伤层会影响载流子寿命及界面态的特点,采用机械减薄、机械抛光、化学机械抛光(CMP)制备出不同粗糙度的样品。通过傅里叶红外透射谱分析和C-V 测试分析表明,粗糙度大的硅片表面因表面损伤大,具有更低的红外透射率和更高的界面态密度。     

CMP抛光运动机理研究

通过对硅晶片化学机械抛光过程中抛光运动机理的理论分析,研究了硅晶片的抛光运动特性,探讨了主要工艺参数对硅晶片化学机械抛光后晶片表面粗糙度和表面平整度、抛光均匀性的影响规律。     

硅晶圆CMP抛光速率影响因素分析

化学机械抛光(CMP)技术是半导体工艺中不可缺少的重要工艺。针对硅晶圆CMP平坦性问题,系统地考察了压力、转速、抛光垫、浆料、温度等因素对硅晶圆平坦化速率的影响,从中找到它们之间的优化参数,减少CMP工艺中的表面划伤、抛光雾、金属离子沾污,清除残余颗粒,保证硅晶圆的平坦化质量。     

基于DOE优化设计抛光工艺参数

适宜的抛光工艺参数对Si片表面平整度TTV、TIR、STIR等参数起到至关重要的作用.介绍了化学机械抛光(CMP)有效实现Si片全局和局部平坦化的方法和设施,指出并说明CMP是一种化学作用和机械作用相结合的技术,给出了其影响因素.利用DOE(design of experiment)实验方法,结合实际生产条件,获得并验证了最优化的生产工艺参数,改善了Si片表面平整度.     

抛光工艺对硅片表面Haze值的影响

随着超大规模集成电路的快速发展,硅片表面的Haze值对于现代半导体器件工艺的影响也越来越受到人们的重视.通过实验研究了精抛光工艺参数对硅片表面Haze值的影响规律.结果表明,随着抛光时间的延长,硅的去除量逐渐增大,硅片表面Haze值逐渐降低;同时抛光过程中机械作用与化学作用的协同作用对Haze值也有较大影响.随着抛光液温度的降低与抛光液体积流量的减小,化学作用减弱,硅片表面Haze值逐渐减小.而随着抛光压力的增大,机械作用逐渐起主导作用,硅片表面Haze值逐渐降低.但当Haze值降低到某一数值后,随着硅去除量的增大、抛光液温度的下降、抛光液体积流量的降低、抛光压力的增大,硅片表面的Haze值基本保持不变.     

硅片CMP抛光工艺技术研究

介绍了硅片机械-化学抛光技术,重点分析了10.16 cm硅片抛光加工过程中抛光液的pH值、抛光压力和抛光垫等因素对硅片抛光去除速率及表面质量的影响.通过试验确定了硅片抛光过程中合适的工艺参数,同时对抛光过程中出现的各种缺陷进行了分析总结,并提出了相应的解决方案.     

Finite element analysis on von Mises stress distributions of Si DSP

In this paper, we describe a 2D axisymmetric quasi-static finite element model based on 300 mm wafer and double-side polishing (DSP) using a COMSOL Multiphysics software. Afterwards, the effects of Young's modulus and Poisson's ratio of polishing pad and the thickness ratio of upper and lower pads on the von Mises stress distribution are observed and chemical mechanical polishing (CMP) experiments are carried out to verify the above numerical calculations. The results show that a harder polishing pad results in a less edge roll-off, where a sharp variation in removal rate is observed near the edge of the wafer, but Poisson's ratio of pad has a less effect on the von Mises stress distribution on the wafer edge. A larger thickness ratio of upper and lower pads leads to a better wafer planarization.     

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．     

聚合物微球在Si片CMP中的作用机制

为了提高Si片的抛光速率,采用复合磨粒抛光液对Si片进行化学机械抛光。根据检测到的聚合物微球的Zeta电位,利用DLVO理论分析计算了PS,PMMA和BGF聚合物微球与SiO2磨粒在抛光液中的作用势能;利用TEM观察了SiO2磨粒与聚合物微球的吸附状况。分析计算和TEM观察均表明三种聚合物微球在抛光液中都能与SiO2磨粒相互吸附。通过Si片化学机械抛光实验,分别分析了抛光液中聚合物微球浓度、三种不同聚合物组成的复合磨粒抛光液对抛光速率的影响,研究了聚合物微球在Si片化学机械抛光中的作用机制。     

An effort in planarising microwave plasma CVD grown polycrystalline diamond (PCD) coated 4 in. Si wafers

Large area CVD grown diamond coatings should have very smooth surface in many of its applications, like microwave power transmission windows etc. Combination of mechanical and chemical forces during polishing helps to achieve desired surface roughness of the polycrystalline diamond (PCD) coatings. Authors report the variation of pressure, slurry feeding rate, addition of chemicals and the time of polishing to observe the efficiency of chemo-mechanical polishing (CMP) technique in planarising CVD diamond material grown over 100 mm diameter silicon wafers. PCD were found to be polished by bringing down the as-grown surface roughness from 1.62 µm to 46 nm at some points on large areas. One coherence scanning interferometer was used to check the roughness at different stages of CMP. Raman spectroscopy was used to evaluate the polished PCD samples in terms of their quality, internal stress at different positions on the same wafer surface after CMP process. It was found that the well polished regions were of better quality than the less polished regions on the same wafer surface. But due to coating non-uniformity of the deposited PCD grown by microwave plasma CVD over large area, CMP could not produce uniform surface roughness over the entire 100 mm diameter wafer surface. We concluded that CMP could effectively but differentially polish large area PCD surfaces, and further process improvements were needed.     

pH值对铌酸锂晶片抛光速率及抛光表面的影响

采用化学机械抛光方法,自制碱性抛光液对铌酸锂晶片进行抛光,通过试验得出适宜铌酸锂晶片抛光的pH值,配合压力、流量等外界参数可以得到较高的表面质量和较快抛光速率.分析了铌酸锂晶片在碱性条件下的去除机理和抛光液的pH值及抛光液中各个组分对抛光速率和表面质量的影响.