硅衬底CMP过程中抛光雾的控制

抛光雾(Haze)是硅晶圆精抛过程中表面质量评定的重要参数之一.主要研究了化学机械抛光(CMP)过程中抛光液磨料质量分数、pH值、FA/O型非离子表面活性剂和混合表面活性剂对Haze值的影响.实验结果显示,磨料质量分数为0.1％是影响Haze值变化的拐点.当磨料质量分数由2％降至0.1％时Haze值下降迅速;当磨料质量分数由0.1％降至0.01％乃至0％时Haze值稍有增加.抛光液pH值约为9.5时Haze值最低,硅片表面质量最好,在此基础上提高或降低pH值都会增加Haze值.随着非离子表面活性剂体积分数的增加,Haze值快速下降.渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)和FA/O型非离子表面活性剂混合使用比单独使用其中任何一种更有利于降低Haze值,且当JFC与FA/O的体积比为3∶1时,Haze值降到0.034,满足了工业生产的要求.     

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。     

ULSI硅衬底的化学机械抛光

在分析ULSI中硅衬底CMP的动力学过程基础上,提出了在机械研磨去除产物过程中,适当增强化学作用可显著改善产物的质量传输过程,从而提高抛光效率.在对不同粒径分散度的硅溶胶抛光液进行比较后提出了参与机械研磨的有效粒子数才是机械研磨过程的重要因素,而不是单纯受粒径大小的影响.分析和讨论了CMP工艺中的几个影响因素,如粒径大小与分散度、pH值、温度、流量和浓度等.采用含表面活性剂和螯合剂的清洗液进行抛光后清洗,表面颗粒数优于国际SEMI标准,抛光雾得到了有效控制.     

ULSI硅衬底的化学机械抛光

在分析UL SI中硅衬底CMP的动力学过程基础上,提出了在机械研磨去除产物过程中,适当增强化学作用可显著改善产物的质量传输过程,从而提高抛光效率.在对不同粒径分散度的硅溶胶抛光液进行比较后提出了参与机械研磨的有效粒子数才是机械研磨过程的重要因素,而不是单纯受粒径大小的影响.分析和讨论了CMP工艺中的几个影响因素,如粒径大小与分散度、p H值、温度、流量和浓度等.采用含表面活性剂和螯合剂的清洗液进行抛光后清洗,表面颗粒数优于国际SEMI标准,抛光雾得到了有效控制     

硅晶片化学机械抛光中的化学作用机理

通过分析硅晶片化学机械抛光过程中软质层的形成及其对材料去除过程的影响,研究了使用纳米CeO2磨料进行化学机械抛光中的化学作用机理.分析表明,软质层是抛光液与硅晶片反应形成的一层覆盖在硅基体表面的腐蚀层,其硬度比基材小,厚度大约在几个纳米.软质层的存在一方面增大单个磨料所去除材料的体积,增加材料去除速率;另一方面减小了磨料嵌入硅晶片基体的深度,这对于实现塑性磨削,降低抛光表面粗糙度,都起着重要的作用.     

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.     

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。     

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。     

有机胺碱对硅粗抛光及表面微形貌的影响

硅单晶抛光片是极大规模集成电路应用最广泛的衬底材料,抛光液为影响硅单晶片抛光最关键的因素。通过改变抛光液中有机胺碱配比来调节抛光液的pH值。实验结果表明:随着有机胺碱比例的不断增加,pH值随之上升,硅片的去除速率(material removal rate,MRR)先增大后减小。pH值在10.5左右时去除速率达到最大值(1706nm/min)。此时用Agilent 5600LS型原子力显微镜测得硅片表面的粗糙度为0.369nm。并用马尔文Zetasizer 3000HSA纳米粒度分析仪测定不同有机胺碱浓度下的抛光液中水溶胶磨粒粒径变化。通过对实验后晶片表面进行检测并结合去除速率综合考虑,抛光液pH值宜选择为10.5左右。抛光速率在pH值为10.3～10.6比较稳定。     

碲锌镉晶体化学机械抛光液的研究

本文以硅溶胶为磨料颗粒、次氯酸钠(NaClO)为氧化剂制备适用于CZT晶片的化学机械抛光液。采用XPS能谱分析CZT表面元素化学态,研究CZT化学机械抛光过程中抛光液的化学作用机理,使用激光干涉仪、原子力显微镜研究抛光液中NaClO含量对晶片抛光速率、晶片表面PV值及表面粗糙度Ra的影响。结果表明,硅溶胶-次氯酸钠抛光液通过与CZT晶体中Te单质或CdTe发生化学反应,生成TeO_2。随后在一定压力下,抛光盘与CZT晶片发生相对运动,并在硅溶胶磨料颗粒的辅助作用下去除反应物。当NaClO含量在2%~10%时,随着NaClO含量的增加,晶片表面PV值和粗糙度Ra值先降低后升高,去除速率则随着NaClO含量的增加而增加。NaClO含量为6%时,PV值和Ra值最低,得到的晶片表面质量最好。     

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.     

Inverse analysis of material removal data using a multiscale CMP model

This paper describes a mechanical model for a representative dual axis rotational chemical mechanical planarization (CMP) tool. The model is three-dimensional, multiscale and includes sub-models for bulk pad deformation, asperity deformation, lubrication based slurry flow, carrier film deformation, wafer compliance and material removal by abrasive particles in the slurry. With the model, material removal rate (MRR) can be determined as a function of stress applied to the wafer, relative sliding speed, and material and geometric parameters of the pad and slurry. Experimental material removal rate profiles obtained from Cu polishing experiments performed on a wafer without rotation are analyzed as an inverse problem. We use MRR data to predict local CMP conditions such as fluid film thickness, fluid pressure and contact pressure. The results are consistent with available experimental and analytical information. This inverse technique offers promise as an improved method of CMP model verification.     

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.     

硫化镉晶片抛光工艺研究

研究了硫化镉(CdS)晶片Cd面的化学机械抛光(CMP)工艺。采用硅溶胶抛光液和NaClO氧化剂,分别使用聚氨脂和磨砂革抛光垫进行粗抛和精抛实验,并研究了氧化剂掺入量、抛光转速、抛光压力等工艺条件对CdS晶片表面质量的影响。结果表明,在抛光液中氧化剂体积分数为6%左右、抛光盘的转速为90～100 r/min、压强为55～60 g/cm2条件下可得到平整度较好、表面缺陷低、表面粗糙度低的高质量抛光表面。金相显微镜和微分干涉显微镜下观测抛光片表面无划痕、无桔皮产生,原子力显微镜测试得到抛光后CdS晶片Cd面的表面粗糙度值仅为0.385 nm。     

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.     

在铜CMP过程中降低抛光压力与磨料的机械作用

Chemical mechanical planarization(CMP) is a critical process in deep sub-micron integrated circuit manufacturing. This study aims to improve the planarization capability of slurry, while minimizing the mechanical action of the pressure and silica abrasive. Through conducting a series of single-factor experiments, the appropriate pressure and the optimum abrasive concentration for the alkaline slurry were confirmed. However, the reduced mechanical action may bring about a decline of the polishing rate, and further resulting in the decrease of throughput.Therefore, we take an approach to compensating for the loss of mechanical action by optimizing the composition of the slurry to enhance the chemical action in the CMP process. So 0.5 wt% abrasive concentration of alkaline slurry for copper polishing was developed, it can achieve planarization efficiently and obtain a wafer surface with no corrosion defect at a reduced pressure of 1.0 psi. The results presented here will contribute to the development of a “softer gentler polishing” technique in the future.     

不同压力下螯合剂浓度在碱性Cu CMP中的影响

We propose the action mechanism of Cu chemical mechanical planarization(CMP) in an alkaline solution.Meanwhile,the effect of abrasive mass fraction on the copper removal rate and within wafer non-uniformity(WIWNU) have been researched.In addition,we have also investigated the synergistic effect between the applied pressure and the FA/O chelating agent on the copper removal rate and WIWNU in the CMP process.Based on the experimental results,we chose several concentrations of the FA/O chelating agent,which added in the slurry can obtain a relatively high removal rate and a low WIWNU after polishing,to investigate the planarization performance of the copper slurry under different applied pressure conditions.The results demonstrate that the copper removal rate can reach 6125 °/min when the abrasive concentration is 3 wt.%.From the planarization experimental results,we can see that the residual step height is 562 ° after excessive copper of the wafer surface is eliminated.It denotes that a good polishing result is acquired when the FA/O chelating agent concentration and applied pressure are fixed at 3 vol% and 1 psi,respectively.All the results set forth here are very valuable for the research and development of alkaline slurry.