ULSI化学机械抛光(CMP)材料去除机制模型

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,相关机制模型的研究是当前CMP的热点。综述了考虑抛光液的流动、抛光垫的弹性和硬度、研磨颗粒的大小和硬度等不同因素的机制模型,并对基于不同假设的模型作了分析和比较。最后对CMP模型未来的发展和研究方向提出了展望。     

ULSI制造中铜化学机械抛光的腐蚀磨损机理分析

以超大规模集成电路(ULSI)芯片多层互连结构制造中的关键平坦化工艺——铜化学机械抛光(Cu—CMP)为研究对象，针对Cu—CMP中存在的抛光液的化学腐蚀作用和磨料的机械磨损现象，采用腐蚀磨损理论分析了Cu—CMP材料去除机理。提出铜CMP的材料去除中存在着机械增强的化学腐蚀和化学增强的机械磨损，并分析了Cu—CMP的静态腐蚀材料去除、机械增强的腐蚀去除与化学增强的机械去除机理。     

基于正交试验的碲锌镉晶片CMP参数优化及抛光机制分析

碲锌镉(CZT)晶片是目前制造室温下高能射线探测器最理想的半导体材料,获得高质量的CZT晶片对探测性能的提高具有十分重要的意义。基于化学机械抛光(CMP)工艺,采用绿色环保的抛光液配方,设计并进行磨粒粒径、磨粒质量分数、抛光液pH值和抛光压力的4因素3水平正交CMP试验,实现200μm×200μm范围内平均粗糙度最低为0.289 nm的CMP加工。对试验结果进行均值和极差分析,探究各因素在CMP加工中的作用规律,得出pH值和磨粒质量分数对CZT晶体的CMP加工精度和去除速率影响较大,且较强的酸性条件和较大的磨粒质量分数分别有利于提高CZT晶体的化学溶解作用和机械磨削作用的结论,提出针对CZT晶片的CMP优化加工方案。通过X射线光电子能谱(XPS)表征,探究对抛光性能影响作用最大的酸度在CMP加工中所起到的化学腐蚀作用,揭示CZT晶体在CMP过程中“氧化剂氧化-酸根离子刻蚀-络合物螯合-磨粒磨削”的材料去除机制。     

化学机械抛光过程低 k/铜表面材料去除机制及损伤机制研究进展*

针对低k介质/铜表面在平坦化加工中极易造成材料界面剥离、互连线损伤和表面不平整等问题,国内外学者对CMP过程中的材料去除机制以及损伤机制开展了大量的研究工作。对集成电路平坦化工艺——化学机械抛光过程中低k介质/铜界面的力学行为和摩擦损伤特性研究进展进行综述,介绍异质表面的材料去除行为及去除理论研究现状;展望了化学机械抛光过程低k介质/铜表面去除机制研究的研究趋势,即通过对异质界面的分子原子迁移行为研究,揭示异质表面的微观材料去除机制及损伤形成机制,最终寻找到异质表面平坦化及损伤控制方法。     

超细氧化铝表面改性及其抛光特性

在化学机械抛光（CMP）中，为了提高氧化铝磨料分散稳定性和防止团聚，利用丙烯酰氯对超细氧化铝进行了表面改性，并用XPS、激光粒度仪、SEM对其进行表征，结果表明改性后的超细氧化铝分散性明显提高。研究了改性后超细氧化铝在数字光盘玻璃基片中的化学机械抛光特性，即外加压力、抛光时间和下盘转速对玻璃基片去除量的影响,并对其CMP机制进行了推断。结果表明，材料去除量随下盘转速、压力变化趋势相近，即随着压力的增加或下盘转速的提高，材料去除量先增大后减小；随抛光时间延长，抛光初期材料去除量增加较快，但在后段时间内去除量增加趋势趋于平缓。     

添加剂对电诱导GaN晶片化学机械抛光的影响

为研究添加剂对氮化镓(GaN)晶片化学机械抛光(CMP)材料去除率的影响,采用直流电源对n型GaN晶片进行电化学刻蚀,利用X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)研究电诱导辅助下GaN晶片CMP过程中,对苯二甲酸(PTA)和H 2O 2对其材料去除的影响。结果表明:在添加电流的条件下,随着H 2O 2体积分数增大,GaN材料去除率先升高后降低;随着PTA浓度的增加,GaN材料去除率先增加后减少;在H 2O 2体积分数为4%,PTA浓度为10 mmol/L条件下,GaN晶片的化学机械抛光材料去除率最高,为693.77 nm/h,抛光后GaN晶片表面粗糙度为0.674 nm;通过XPS分析,电诱导后GaN晶片表面的Ga 2O 3含量增加,表明电流作用促进了GaN材料表面的氧化腐蚀作用,进而提高了其CMP材料去除速率。     

不同磨料对硬质合金刀片化学机械抛光的影响

为了提高硬质合金刀片前刀面化学机械抛光(CMP)的材料去除率和表面质量,采用6种不同硬度磨料(金刚石、碳化硼、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氧化硅)对硬质合金刀片CMP加工,采用表面粗糙度测量仪和超景深三维显微系统观察抛光前后刀片的表面形貌,探讨硬质合金刀具CMP材料去除机制。实验结果表明:碳化硼磨料因粒径分散性大,造成硬质合金刀片表面划痕较多;低硬度的氧化硅、氧化锆、碳化硅磨料只能去除硬质合金刀片表面局部划痕区域;接近硬质合金刀片硬度的氧化铝磨料,可获得较好的表面质量;硬度最大的金刚石磨料在CMP加工时,在硬质合金刀片表面上产生机械应力,促进化学反应,获得比其他磨料更高的材料去除率和更好的表面质量。因此,在硬质合金刀片粗加工时可以选用氧化铝磨料,精加工时选用金刚石磨料。     

基于遗传算法优化神经网络的镁合金化学机械抛光材料去除模型

镁合金化学机械抛光(CMP)的材料去除与其工艺参数具有高度非线性的特点,难以采用精确的数学模型来描述。以遗传算法(GA)优化神经网络(NN)建模为基础,利用正交试验设计获取镁合金CMP材料去除样本数据和测试数据,建立镁合金CMP材料去除模型。该模型以抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量和抛光时间为输入参数,以材料去除速率为输出目标。结果表明:GA-NN协同模型能够构建镁合金CMP工艺参数与材料去除速率的基本关系;其拟合度波动范围为93.22%~97.97%,大大高于NN模型的拟合度波动范围71.56%~93.56%,因而具有更优的预测能力,基本满足工程实际的需求。     

基于遗传算法优化神经网络的镁合金化学机械抛光材料去除模型与仿真

镁合金化学机械抛光(CMP)的材料去除与其工艺参数具有高度非线性的特点,难以采用精确的数学模型来描述。以遗传算法(GA)优化神经网络(NN)建模为基础,利用正交试验设计获取镁合金CMP材料去除样本数据和测试数据,建立镁合金CMP材料去除模型。该模型以抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量和抛光时间为输入参数,以材料去除速率为输出目标。结果表明：GA NN协同模型能够构建镁合金CMP工艺参数与材料去除速率的基本关系;其拟合度波动范围为93.22%~97.97%,大大高于NN模型的拟合度波动范围71.56%~93.56%,因而具有更优的预测能力,基本满足工程实际的需求。     

一种基于非晶层粘性流动的机械化学抛光模型

通过分析单个微纳米磨粒滑动接触的分子动力学模拟的研究结果，提出了在典型的机械化学抛光（CMP）过程中芯片表面材料的去除应为表面非晶层物质粘性流动所致的新观点。基于这种机理，应用微观接触力学和磨粒粒度分布理论建立了一种新的表征CMP过程材料去除速率的数学模型。模型中引入了一个表征单个磨粒去除芯片表面非晶层能力的比例系数k，k综合反映了磨粒的机械作用、抛光液对芯片表面的化学作用和芯片的材料特性。通过实验验证发现该模型的理论预测值与实验测定值十分吻合。