多元胺醇型表面活性剂对铜晶圆平坦化的影响

研究了一种多元胺醇型非离子表面活性剂对铜化学机械抛光(CMP)液粒径及分散度、抛光速率、抛光后铜膜的碟形坑高度、表面非均匀性和表面粗糙度的影响。抛光液的基本组成和工艺条件为:SiO_2(粒径60~70 nm)5%(体积分数,下同),多羟多胺螯合剂3%,30%(质量分数)过氧化氢3%,工作压力1 psi,背压1 psi,抛头转速87 r/min,抛盘转速93 r/min,抛光液流量300 mL/min,抛光时间60 s,抛光温度23°C。结果表明,表面活性剂的引入可提高抛光液的稳定性。当表面活性剂含量为3%时,抛光速率、抛光后碟形坑高度、表面非均匀性和表面粗糙度分别为614.86 nm/min、76.5 nm、3.26%和0.483 nm,对铜晶圆的平坦化效果最好。     

铜膜化学机械抛光工艺优化

对d为300mm blanket铜膜进行了低压低浓度化学机械抛光实验,分析了抛光工艺参数和抛光液组分对铜膜去除速率及其非均匀性的影响。通过实验表明,当抛光压力为13.780kPa,抛光液流量为175mL/min,抛光机转速为65r/min,0.5%磨料,0.5%氧化剂,7%鳌合剂,铜膜去除速率为1 120 nm/min,片内速率非均匀性为0.059,抛光后铜膜表面粗糙度大幅度下降,表面状态得到显著改善。     

铝栅化学机械抛光工艺

探讨了抛光液组成和机械抛光工艺参数(包括抛光压力、转速、抛光液流速和抛光时间)对铝栅化学机械抛光过程中铝的去除速率的影响,确定抛光液的组成为:氧化剂H_2O_2 1.0%(体积分数,下同),螯合剂FA/O II 0.4%,非离子表面活性剂FA/O I 2.0%,纳米硅溶胶磨料12%,pH 10。粗抛工艺参数为:抛光压力3.0 psi,转速50 r/min,抛光液流速250 m L/min,抛光时间240 s。精抛工艺参数为:抛光压力2.0 psi,转速45 r/min,抛光液流速150 m L/min,抛光时间240 s。粗抛时铝的去除速率为330 nm/min,精抛时铝的去除速率为210 nm/min。通过2种抛光工艺相结合,铝栅表面粗糙度可达13.26 nm。     

铜/钽/绝缘介质用碱性化学机械抛光液的优化

在工作压力2 psi,抛光头转速55 r/min,抛光盘转速60 r/min,流量150 m L/L,温度22.7°C的条件下,采用一种不含H_2O_2的碱性抛光液对Cu、Ta、SiO_2绝缘介质3种材料进行化学机械抛光(CMP)。通过研究抛光液中SiO_2磨料粒径和用量、FA/O II型螯合剂和非离子型表面活性剂用量对3种材料去除速率的影响,得到了高选择性的阻挡层抛光液:SiO_2粒径为50 nm的浆料20%(质量分数),FA/O II型螯合剂0.15%(体积分数),表面活性剂3%(体积分数)。该抛光液的SiO_2/Ta/Cu去除速率之比为3.4∶1.6∶1.0。采用该抛光液抛光后,铜的表面粗糙度由5.18 nm降至1.45 nm,碟形坑和蚀坑分别由116 nm和46 nm降至42 nm和24 nm。     

抛光液成分对铝栅化学机械抛光过程中铝去除速率的影响

在低工作压力(1 psi)和低磨料用量(纳米硅溶胶体积分数2.5%,后同)下,通过单因素实验探讨了碱性抛光液组分(包括氧化剂H_2O_2、FA/O型螯合剂和非离子型表面活性剂)含量对铝栅化学机械抛光过程中铝去除速率的影响,确定抛光液的组成为:氧化剂1.5%,螯合剂0.5%,表面活性剂1.0%。铝的去除速率为100 nm/min,抛光后的表面粗糙度为8.85 nm。     

胍离子对铜化学机械抛光的影响

对铜晶圆进行化学机械抛光(CMP),溶液组成和工艺条件为:胶体二氧化硅(平均粒径85 nm)5%(质量分数),30%H_2O_2 5 mL/L,胍离子(Gnd+,由碳酸胍GC或盐酸胍GC提供)适量,抛光压力5.2 kPa,抛头转速87 r/min,抛光盘转速93 r/min,抛光液体积流速300 mL/min,时间1 min。研究了抛光液中Gnd~+浓度对铜去除速率的影响,通过电化学方法及X射线光电子能谱分析了Gnd~+在铜表面的作用机制,探讨了Gnd~+对铜CMP后表面粗糙度的影响机制。一方面,随抛光液中GC浓度的升高,铜的去除速率增大,GC浓度为80 mmol/L时满足去除速率高于200 nm/min的要求;另一方面,Gnd+的引入不仅加剧了铜晶圆表面的化学腐蚀,而且使抛光液在铜晶圆表面的接触角增大,铜晶圆抛光后表面粗糙度增大。     

工艺条件对铝栅化学机械平坦化效果的影响

采用由2.5%(体积分数,下同)硅溶胶磨料、1.5%H2O2、0.5%FA/O型螯合剂和1.0%表面活性剂组成的抛光液对铝栅表面进行化学机械平坦化处理。研究了抛光垫、抛光压力、流量、抛光头转速、抛光垫转速以及抛光后清洗对铝栅表面粗糙度的影响。采用POLITEXTM REG抛光垫,在抛光压力1.5 psi,抛头转速60 r/min,抛光盘转速65 r/min,抛光液流量150 mL/min的条件下,对铝栅抛光后用自主研发的清洗剂清洗,铝栅表面粗糙度最低(2.8 nm),并且无划痕、腐蚀、颗粒残留等表面缺陷。     

工艺参数对GLSI铜互连阻挡层CMP抛光效果的影响

采用无氧化剂、无抑制剂的弱碱性抛光液对阻挡层材料进行化学机械抛光(CMP)。研究了胶体二氧化硅质量分数、抛光液流量、抛头转速、抛盘转速等工艺参数对Cu和正硅酸乙酯(TEOS)去除速率及铜互连钽基阻挡层图形片CMP后表面缺陷数量的影响。在Si O2磨料质量分数7.5%、抛光液流量250 mL/min、抛头转速107 r/min和抛盘转速113 r/min的条件下CMP时，Cu的去除速率为521?/min,TEOS的去除速率为878?/min,TEOS/Cu去除速率选择比为1.68，对图形片表面碟形坑和蚀坑分别修正了400?和200?，缺陷数低至57，表面粗糙度(Sq)低至0.778 nm。     

碱性阻挡层抛光液中ULK介质抛光性能的研究

研究了化学机械抛光(CMP)过程中抛光液的SiO₂磨料质量分数和表面活性剂对多孔SiOCH薄膜(ULK介质)介电常数(k)及抛光速率的影响。所用抛光液(pH=10)主要由0%~4%(质量分数,下同)SiO₂、0.075%H₂O₂、1%邻苯二甲酸氢钾和不同质量浓度的表面活性剂组成,其中表面活性剂为非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9和AEO-15)、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铵(ADS)和两亲性非离子表面活性剂辛基苯酚聚氧乙烯醚(OP-50)。结果表明,磨料质量分数的增大会使ULK介质的去除速率和k值都增大。聚醚类表面活性剂都能在CMP过程中很好地保护ULK介质表面,降低其去除速率,OP-50的效果尤其好。当采用2%SiO₂+0.075%H₂O₂+1%KHP+200 mg/L OP-50的抛光液进行CMP时,ULK介质的去除速率为5.2 nm/min,k值增幅低于2%,Cu和Co的去除速率基本不变。     

纳米SiO2浆料中半导体硅片的化学机械抛光速率及抛光机理

采用电化学方法,研究了SiO2浆料pH值、H2O2浓度、固体含量以及抛光转速、压力和时间等不同抛光工艺参数对n型半导体单晶硅片(100)和(111)晶面化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)去除速率的影响和作用机理.结果表明:抛光速率随SiO2固体含量、抛光转速及压力的增加而增大,随抛光时间的增加而减小;在pH值为10.5和H2O2为1%(体积分数)时,抛光速率出现最大值;相同抛光工艺条件下(100)晶面的抛光速率远大于(111)晶面.半导体硅片CMP过程是按照成膜(化学腐蚀作用)→去膜(机械磨削作用)→再成膜→再去膜的方式进行,直到最终全局平坦化.实验所获得适合n型半导体硅片CMP的优化工艺参数为:5%～10% SiO2(质量分数),pH=10.5,1%H2O2,压力为40 kPa及(110)晶面和(111)晶面的抛光转速分别为100 r/min和200 r/min;在该条件下10% SiO2浆料中抛光30 min得到的抛光硅片的表面粗糙度为0.7 nm左右.     

硅衬底化学机械抛光液的循环使用性能

采用8％(质量分数,下同)有机碱A和3％有机碱B作为抛光液的复配pH调节剂对硅衬底进行化学机械抛光.研究了2种有机碱单独使用或复配使用时对抛光速率和抛光表面质量的影响.结果表明,当2种有机碱复配时,硅衬底的平均抛光速率达到1.04μm/min,同时可获得低表面粗糙度(Ra=0.621 nm)和无划痕的抛光表面.该抛光液...     

AEO表面活性剂EO加成数对铜互连阻挡层抛光液的影响

铜互连化学机械抛光(CMP)是IC制备中的关键工艺,阻挡层抛光液的性能是决定平坦化效果及减少表面缺陷的重要因素。研究了不同环氧乙烷加成数(EO加成数)的AEO表面活性剂对阻挡层抛光液性能的影响。结果表明,随EO加成数增加,抛光液表面张力和接触角逐渐增大,润湿性逐渐变差,抛光液中大颗粒数先减少后增加,当EO数为9时,大颗粒数最少,且粒径分布(PSD)趋于窄化。随EO加成数增加,Ta去除速率基本不变,Cu和Si O_2介质去除速率分别由378 ?/min和695 ?/min降至167 ?/min和234 ?/min,当EO加成数为9时,粗糙度最低,可达0.72 nm,且Cu和Si O_2介质去除速率与baseline接近。     

化学机械抛光过程中抛光液团聚问题的研究

在化学机械抛光(CMP)用二氧化硅浆料中加入不同质量分数的混合保湿剂(由体积比为1∶1的分析纯丙三醇和三乙醇胺混合而成),以解决CMP过程中抛光液易团聚的问题。结果表明,抛光液中加入保湿剂后团聚问题得到缓解。随保湿剂质量分数的增大,抛光液的团聚析出量减少,黏度增大,对蓝宝石晶圆的去除速率先增大后减小,晶圆抛光后的表面粗糙度逐渐增大。当保湿剂的质量分数为4%时,对蓝宝石晶圆进行CMP时的材料去除速率最大,为93.6 nm/min,抛光后晶圆的表面粗糙度为0.412 nm。     

酸性环境下GaN晶圆的化学机械抛光工艺研究

本文详细研究了4英寸自支撑GaN晶圆的化学机械抛光(CMP)工艺。使用硅溶胶抛光液,以NaClO为氧化剂,详细研究了不同工艺参数,包括压力、抛光盘转速、抛光液流量、NaClO浓度和抛光液p H值对GaN CMP工艺的材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Sa)的影响。研究发现,无论是影响化学作用的因素,还是影响机械作用的因素,都对MRR有着极大的影响。在优化的工艺条件下(压力为50 k Pa、抛光头转速为60 rpm、抛光盘转速为100 rpm、流量为40 mL/min、抛光液p H为4.0、氧化剂浓度为3 vol.%),最大材料去除率为1.07μm/h。在10μm×10μm的区域内,抛光后的平均表面粗糙度为0.109 nm。     

BTA与表面活性剂O-20复配对铜CMP缓蚀行为的研究

通过电化学和化学机械抛光实验,研究了铜互连CMP中低浓度缓蚀剂BTA和非离子表面活性剂O-20复配对Cu电化学腐蚀及去除速率的影响,同时利用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征了Cu表面形貌。电化学实验结果表明,在双氧水、甘氨酸体系下,0.5 mmol/L BTA与0.5 mmol/L O-20复配后,Cu表面腐蚀减少,其缓蚀效率动态条件下为59.58%,静态条件下为85.36%,相当于1mmol/L BTA的缓蚀效率。CMP实验结果表明,BTA与O-20复配后,Cu的去除速率为113 nm/min,表面微粗糙度降低,可达0.953 nm。使用低浓度BTA与O-20复配能抑制Cu表面腐蚀,降低Cu表面抛光后的微粗糙度,并且有利于CMP后清洗。     

铌酸锂晶体的抛光机理及精密加工工艺

采用Stober法制备了平均粒径分别约为50nm和300nm的SiO2抛光液.通过透射电镜、粒径测定仪、zeta电位仪测试和分析了制备的SiO2抛光液的粒径分布、分散度和稳定性.结果表明:抛光液中SiO2溶胶颗粒为球形,溶胶粒子的分散度小,并且具有较好的稳定性.用制备的粒径分别为50nm和300nm的SiO2抛光液对铌酸锂晶体样品进行化学机械抛光,研究了压力、抛光盘速度、抛光液流量及时间对抛光过程的影响.抛光结果表明:采用粒径为50nm的SiO2抛光液的抛光效果最好.最佳抛光工艺参数是:采用沥青抛光盘,50nm的SiO2抛光液,转速为40r/min,抛光液流量为3mL/min,压力为17kPa,抛光时间为60min,去除率为30nm/min.采用激光平面干涉仪、原子力显微镜检测了抛光后样品的面型精度和粗糙度,样品的最佳面型精度为0.134λ(λ=0.6328nm),粗糙度为0.32λ.     

雾化施液单晶硅互抛抛光速率实验研究

调节自配抛光液的H2 O2含量、pH值、抛光盘转速和抛光压力,通过电化学实验,探究单晶硅互抛抛光过程中抛光工艺参数对腐蚀电位、腐蚀电流和抛光速率的影响规律,并解释其电化学机理.实验结果表明:雾化施液单晶硅互抛抛光速率随着pH值、H2 O2浓度和抛光盘转速的增大呈现先增大后减小的趋势,并在pH值为10.5、H2 O2浓度为2％、抛光盘转速为70 r/min处达到最大值,随着抛光压力的不断增大而增大;通过雾化施液单晶硅互抛抛光实验得到合理的工艺参数:pH值为10.5、H2 O2浓度为2％、抛光盘转速为60 r/min、抛光压力为7 psi,在该参数下,硅片的抛光速率达到635.2 nm/min,表面粗糙度达到4.01 nm.     

铜在硝酸介质苯并三唑抛光液中化学-机械抛光时的电化学行为

用电化学测试技术研究了硝酸、苯并三唑及H2O2浓度对铜表面的成膜及铜抛光过程的影响.测试了各种体系中铜的交流阻抗及其影响因素，探讨了腐蚀电流密度与抛光压力、抛光转速的关系，考察了化学-机械抛光过程中腐蚀电位及极化曲线的变化规律. 用腐蚀电流密度及腐蚀电位等电化学变量的变化解释了抛光过程的电化学机理，证明在硝酸溶液介质中，以苯并三唑为成膜剂、H2O2为助剂、纳米g -Al2O3为磨粒的抛光液配方是可行的.     

纳米CeO2颗粒的表面改性及其抛光性能研究

为改善CeO2粉体的化学机械抛光(CMP)性能,采用聚乙烯亚胺(PEI)作为分散剂,对CeO2粉体表面进行改性,通过傅立叶红外光谱(FTIR)、透射电镜显微镜(TEM)、Zeta电位仪、激光粒度仪及稳定性测试等方法分析了表面改性对CeO2颗粒表面性质及其抛光液分散稳定性的影响.结果表明:纳米CeO2粉末经PEI改性后改变了其在水中的胶体性质,Zeta电位绝对值提高,CeO2颗粒间的空间位阻增加,抛光液的分散稳定性得到了明显改善.改性后纳米CeO2抛光液对手机面板玻璃的化学机械抛光(CMP)的抛光效率(MRR)由改性前的330 nm/min增加到381.6nm/min,具有更好的抛光效果.     

工艺参数对化学机械抛光磷锗锌晶体表面粗糙度的影响

针对高能领域对磷锗锌(ZGP)晶体表面粗糙度达到亚纳米级的要求，提出一套完整的ZGP晶体加工工艺。首先用内圆切割机将ZGP晶体切成7 mm×7 mm×15 mm的长方体；然后根据对比实验，选取最佳磨粒(金刚石)粒径为5μm，用机械研磨的方法使晶体的表面粗糙度(Sa)降至150 nm左右；随后基于化学机械抛光(CMP)技术，设计了粗抛光(采用3μm的金刚石悬浮液作为抛光液)和精抛光(SiO₂体系)两道工序，通过单因素实验确定了最佳抛光时间均为1 h，并通过正交试验得到如下优化的精抛光工艺：SiO₂粒径0.05μm,SiO₂质量分数8%,H₂O₂质量分数3%,p H=9，抛光压力17.24 kPa，抛光转速13.5 r/min，抛光液流量300 mL/min。最终得到表面粗糙度为0.106 nm的超光滑ZGP晶体。