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。     

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.     

CMP/Post CMP工艺及其设备

对CMP市场、Cu-CMP、低k-CMP、STI-CMP、W-CMP和PostCMP工艺及其设备进行了论述;并介绍了CMP所要求的研磨膏和研磨垫。     

CMP加工过程去除率的影响因素研究

CMP的加工过程,是对晶圆表面进行全局平坦化的过程,去除率是整个过程较为关键的指标。影响去除率的有下压力、抛光盘及抛光头的转速、温度、抛光液的种类等,综合考虑这些因素不仅能得到合理的材料去除率,优化平坦化效果,而且还能提高生产效率。     

CMP系统技术与市场

概述了CMP系统技术的发展历史、发展趋势以及在IC生产中的重要性,介绍了国外CMP设备主要制造厂家的设备型号和性能及CMP设备市场分布和需求,阐述了CMP系统技术的基础研究、关键技术和国内研究概况。     

影响微晶玻璃CMP速率主要因素的研究

介绍了微晶玻璃及其化学机械抛光工艺,对其抛光机理进行了理论分析,重点对影响抛光速率和抛光质量的工艺参数转速、压力、流速作了详细的研究讨论,定量确定了最佳CMP工艺参数.在抛光液中加入了FA/O Ⅰ型活性剂以保护SiO2胶粒的双电子层结构.通过实验比较了在SiO2磨料碱性抛光液中加入CeO2对抛光速率的影响,得出了适合微晶玻璃晶片抛光的外界条件.在常温条件下工艺参数为转速60r/min、压力0.22 MPa和流速210 mL/min时,能够取得较高的抛光速率和较好的表面质量.     

磨料黏度对CMP抛光速率的影响及机理的研究

抛光磨料在抛光衬底和抛光垫间做磨削运动,它是CMP工艺的重要组成部分,是决定抛光速率和平坦化能力的重要影响因素。因此分析磨料的各物性参数对CMP过程的影响尤为重要。随着晶圆表面加工尺寸的进一步精密化,磨料黏度作为抛光磨料重要物性参数之一,受到越来越多的重视。根据实验结果从微观角度研究了磨料黏度对CMP抛光速率的影响及机理,并由此得出当抛光液磨料黏度为1.5 mPa.s时,抛光速率可达到458 nm/min且抛光表面粗糙度为0.353 nm的良好表面状态。     

铝薄膜CMP影响因素分析

提出了在碱性抛光液中铝薄膜化学机械抛光的机理模型,对抛光液的pH值、磨料、氧化剂浓度对过程参数的影响做了一些试验分析。试验结果表面粗糙度的铝薄膜所需的最优化CMP过程参数:硅溶胶粒径为15～20nm,pH值为10.8～11.2,氧化剂浓度为2.5%～3%。     

CMP工艺晶圆表面颗粒去除问题的研究

CMP之后晶圆表面颗粒数目是CMP工艺的一项关键指标。针对Si CMP之后的清洗效果,分析了晶圆表面亲疏水性、清洗液浓度方面对清洗效果的影响。结果表明通过一定浓度的清洗液清洗抛光之后晶圆能取得较好的表面颗粒数量,满足工艺需求。     

ULSI硅衬底CMP速率稳定性的研究

介绍了ULSI硅衬底的抛光工艺,并对其抛光机理进行了理论分析.通过对抛光液循环使用过程中CMP速率稳定性及其影响因素进行深入系统的分析,得出pH值、抛光温度和黏度等因素的变化是影响抛光速率稳定性的主要原因.并提出改进方案:控制好温度范围和流量的改变,以及循环中适当增加新的抛光液.为CMP速率稳定性的研究提供了有意义的借鉴.     

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     

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.     

温度对ULSI硅衬底化学机械抛光去除速率及动力学的控制

对材料表面化学机械高精密加工的动力学过程及控制过程进行了深入研究.根据大量实验总结出了CMP的七个动力学过程,在ULSI衬底单晶硅片的CMP研究过程中,确定了在相同机械作用条件下由温度引起的化学过程为CMP控制过程,对影响化学反应的关键因素进行了有效的优化,实现了多材料CMP速率的突破性提高.     

温度对ULSI硅衬底化学机械抛光去除速率及动力学的控制

对材料表面化学机械高精密加工的动力学过程及控制过程进行了深入研究.根据大量实验总结出了CMP的七个动力学过程,在ULSI衬底单晶硅片的CMP研究过程中,确定了在相同机械作用条件下由温度引起的化学过程为CMP控制过程,对影响化学反应的关键因素进行了有效的优化,实现了多材料CMP速率的突破性提高.     

硅晶片双面超精密化学机械抛光

为提高硅晶片双面超精密抛光的抛光速率，在分析双抛工艺过程基础上，采用自制大粒径二氧化硅胶体磨料配制了SIMIT8030-I型新型纳米抛光液，在双垫双抛机台上进行抛光实验. 抛光液、抛光前后厚度、平坦性能及粗糙度通过SEM、ADE-9520型晶片表面测试仪、AFM进行了表征. 结果表明：与进口抛光液Nalco2350相比，SIMIT8030-I型抛光液不仅提高抛光速率40% (14μm/h vs 10μm/h) ；而且表面平坦性TTV和TIR得到改善；表面粗糙度由0.4728nm降至0.2874nm，即提高抛光速率同时显著改善了抛光表面平坦性和粗糙度.     

300mm硅片精密化学机械抛光机几何参数优化(英文)

对于评价用于极大规模集成电路(ULSI)生产的300 mm硅抛光片的表面质量,需要关注两个关键参数即:SFQR和GBIR。在中国电子科技集团第四十五研究所研发的中国第一台最终化学精密抛光机的验证过程中,我们发现为了提高硅片表面的几何参数,必须监控抛光前硅片的形貌,并根据不同的硅片表面形貌来改变抛光头的区域压力。通过深入分析抛光前硅片的表面形貌,我们发现当硅片形貌为凹陷形状时,抛光后的硅片表面将严重恶化。由此,根据每个硅片不同的形貌,我们用特殊设计的抛光头来调整背压的区域分布,然后再进行抛光。最终,经过抛光头区域压力调整后的硅片几何参数比调整前得到了大幅提升,并已经能够满足我们的产品指标并可以用于生产。     

硅片背面减薄技术研究

硅片背面磨削减薄工艺中,机械磨削使硅片背面产生损伤,导致表面粗糙,且发生翘曲变形.分别采用粗磨、精磨、精磨后抛光和精磨后湿法腐蚀等四种不同背面减薄方法对15.24cm(6英寸)硅片进行了背面减薄,采用扫描电子显微镜对减薄后的硅片表面和截面形貌进行了表征,用原子力显微镜测试了硅片表面的粗糙度,用翘曲度测试仪测试了硅片的翘曲度.结果表明,经过粗磨与精磨后的硅片存在机械损伤,表面粗糙且翘曲度大,粗糙度分别为0.15和0.016 μm,翘曲度分别为147和109 μm;经过抛光和湿法腐蚀后的样品无表面损伤,粗糙度均小于0.01 μm,硅片翘曲度低于60 μm.     

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.