连军[1]2002年在《超大规模集成电路二氧化硅介质层的化学机械抛光技术的研究》文中研究说明随着集成电路技术的飞速发展，集成度越来越高，特征尺寸越来越小，导致了结构的立体化，布线多层化。这就对内部层与层之间的表面要求更高，尤其是层表面的平整度，而传统的抛光工艺已不能满足这一要求，而化学机械抛光技术不仅能满足这种要求，而且能够减少缺陷，还可以通过提高表面平整度来提高套刻精度，从而达到减小特征尺寸提高集成度的目的。 化学机械抛光工艺中应用最广的是层间介质抛光，二氧化硅是最常用的层间介质，因此对它的研究也就成为目前工作的重点。本课题选定二氧化硅介质的化学机械抛光技术为研究方向，针对氧化铈磨料的高速率的特性，采用氧化铈为磨料，通过大量实验，对二氧化硅介质的抛光液的配置进行了深入的研究，通过制备氧化铈胶体抛光液，解决了粉碎性氧化铈磨料容易引起划伤的缺点，并对工艺参数进行了优化调整；对其机理进行了深入探讨；本课题所作的工作必将促进化学机械抛光工艺早日实现规模化应用，推动集成电路工业的发展。
刘瑞鸿[2]2008年在《二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究》文中指出集成电路(IC,Integrated Circuit)是电子信息产业的核心,是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术之一。从IC制造过程中可以看到,无论是氧化层、阻挡层还是金属布线,都多次使用化学机械抛光(Chemical mechanical polishing or Chemicalmechanical planarization,简称CMP)技术。目前CMP广泛应用于IC制造中,已成为半导体加工行业实现晶片全局平坦化的主流技术之一。化学机械抛光技术是化学作用和机械作用相结合的技术,实际上其微观过程相当复杂,影响因素也很多,其中抛光液既影响CMP化学作用过程,又影响CMP机械作用过程,是影响CMP质量的决定性因素之一。尽管CMP被认为是获得平坦化表面的最有效的方法之一,并且已经广泛应用于SiO_2层间介质膜的制程之中,但目前对化学机械抛光SiO_2的过程变量作用机理、材料去除机理、抛光液中各成分的微观作用机理以及材料去除非均匀性形成机理等方面问题还没有完全弄清楚。因此如何调整抛光液配方,控制材料去除率,获得更高的表面质量,建立更加完善的材料去除率模型,实现稳定的生产,满足下一代超薄介质膜的要求等,仍然是各国学者研究的热点及前沿问题。本文针对SiO_2介质膜化学机械抛光中抛光液特性及其作用机理的研究现状及存在的问题,综合运用摩擦学、接触力学、物理化学、胶体化学及表面与界面物理等方面的理论,对二氧化硅CMP中抛光液的物理化学性质、抛光液成分的选择及其优化、抛光液中磨粒与晶片接触形式、晶片表面材料去除率、化学反应活化能的测量和计算等方面进行了细致研究。首先,使用激光粒度仪和TEM观测了抛光液中磨粒的大小和形貌,研究了纳米磨粒在抛光液中和在抛光过程中的存在形式,结果表明纳米磨粒在抛光液中存在一定的软团聚现象。使用SEM、表面轮廓仪和微观显微镜等观测了抛光垫表面形貌和剖面微观组织结构及其他特性参数,为揭示材料去除机理,建立材料去除率模型提供参考。同时确定了从抛光效果和抛光液本身稳定性两方面为本文中抛光液性能的评价指标,为配制抛光液明确了方向。其次,分析了抛光液配方中各主要成分应必备的性质,以及它们在抛光液中的作用。在优化抛光工艺参数的基础上,通过试验从候选的化学试剂和物质中找出抛光效果或作用效果最明显的一组基本成分,采用正交试验法优化各成分比例,最终确定配方为白炭黑30g(6.0%wt),KOH1.0g(0.2%wt),40%硅溶胶280ml(22.4%wt),有机碱20ml(4.0%wt),添加剂5g(1.0%wt)。虽然本配方材料去除率仅达到同类产品的80%,但通过使用有机碱大大降低了金属离子含量,同时抛光表面粗糙度与同类产品相当。然后,分析了表面活性剂的吸附模型和特性,以及其在抛光液中的各种作用。使用紫外分光光度计、Zeta电位分析仪和激光粒度仪,根据EDLVO理论,通过试验对比不同分散剂的分散效果,确定使用多羟基聚合物分散剂D,浓度为0.3wt%时,其分散效果最好,可以稳定半年左右。然后,根据化学反应动力学方程,建立了二氧化硅介质膜抛光过程中化学反应速率方程,并根据化学反应活化能的基本原理,通过浸泡试验测量了SS25抛光液与晶片反应的静态化学反应活化能为67.406 kJ/mol,同时对比不同碱与二氧化硅介质膜反应的静态化学反应活化能,发现静态化学反应在整个去除率中所占的比重并不大,其他形式的作用能在CMP中起到了至关重要的作用。接着,基于摩擦化学反应动力学,在修正阿伦尼乌斯公式的基础上,建立了考虑摩擦效应在内的化学反应速率方程,并建立二氧化硅介质膜化学机械抛光总材料去除率模型,同时通过浸泡、变温抛光、压力和转速单因素试验等确定了材料去除模型。结果表明在CMP过程中,摩擦产生的机械能并不是通过热能形式发生作用的,而是直接转化为化学能,即直接降低了化学反应活化能,产生一定的活化能降低量,从而大大提高了反应速率。纯化学作用和纯机械作用在整个CMP去除量中所占比重很小可以忽略不计。不同浓度通过对摩擦力和活化能降低量的影响,从而影响了温度和抛光效果的相关性,活化能降低量与摩擦力基本呈线性关系。最后,根据SiO_2颗粒在抛光过程中的纳米效应,建立了粘附去除模型,并通过SS25抛光液和不同粒径抛光液循环抛光试验进行了验证。实验结果表明:①介质膜表面二氧化硅在抛光液中的纳米二氧化硅磨粒的粘附作用和磨粒、抛光垫等的摩擦作用所产生的活化能降低量的共同作用下,内部化学键断裂,从而与内部脱离,产生去除作用。②磨粒粒径在小于65nm左右时,磨粒粒径的增加所产生的粘附作用减小要小于随粒径的增加而产生的摩擦效应的增加,即增加粒径有助于提高粘附和摩擦的总效应,有助于提高材料去除率。③磨粒粒径在65～80nm范围时,应该为过渡状态。④在80nm～143nm范围时,随着粒径的增加,磨粒粘附所产生的摩擦力减小,磨粒划擦所产生的摩擦力增加,虽然总的摩擦力增加,但是粘附作用的大幅减小在总去除率上起决定作用,整体去除率下降。⑤在143～160nm应该为过渡状态,磨粒粘附所产生的摩擦力进一步减小,磨粒划擦所产生的摩擦力增加不足以弥补粘附产生的减小量,总的摩擦力开始下降,整体去除率下降。⑥在160nm以上时,划擦作用不仅在摩擦力上而且在去除率上起主导作用。即磨粒的划擦作用在整个抛光过程中起决定性作用,这以后磨粒的粘附作用可以忽略不计,随着磨粒粒径的增加,去除率增加。
郭权锋[3]2005年在《二氧化硅介质层CMP抛光液配方研究》文中研究指明随着集成电路(IC)产业的飞速发展,IC特征尺寸不断缩小,硅片尺寸不断增大,IC工艺变得越来越复杂和精细。这对芯片内部层间介质的表面质量提出了更高的要求,要求介质层表面必须进行全局平坦化,而传统的抛光工艺已不能满足要求。化学机械抛光(CMP)是目前唯一能够实现芯片全局平面化的实用技术和核心技术,正广泛地应用于IC制造中。然而,由于其工艺的复杂性,人们对CMP机理以及抛光液的作用仍缺乏深入的认识,许多方面还需要进行深入地研究。在CMP过程中,抛光液对被加工表面具有化学腐蚀和机械研磨的双重作用,对抛光效果产生重要影响,但目前仍存在诸如金属离子污染、分散性差、材料去除率低等问题。 本论文以二氧化硅介质层CMP抛光液配方为研究方向,在介绍、分析抛光液的材料去除原理和特点以及总结前人研究成果的基础上,以提高抛光液的材料去除率、降低抛光液中金属离子含量和改善抛光液分散性为目标,进行了抛光液配方选择和优化方面的理论和试验研究,找到了较好的抛光液成分和配方,研制出了性能良好的抛光液。 本文首先通过对抛光机理的研究,找到了影响抛光质量的主要因素,并针对这些因素制定了抛光液成分选择和配方优化的试验方案。然后,讨论了抛光液各成分的作用原理,以UNIPOL1502型研磨抛光机为试验平台,进行了抛光液成分选择的单因素试验,通过试验选出了较适合二氧化硅介质层抛光的无机碱、有机碱、纳米磨料、表面活性剂以及添加剂等主要成分。接着,以单因素试验选出的主要成分为基础,又进行了配方优化和pH值性能优化试验,研究了抛光液各成分含量和pH值对抛光效果的影响规律,得到了抛光效率较高,性能良好的抛光液。 研究成果为提高抛光液的抛光质量、材料去除率以及改善抛光液性能,提供了系统的研究方法和丰富的试验结论,对进一步完善超大规模集成电路层间介质的平坦化技术具有重要指导意义。
刘立威[4]2000年在《超大规模集成电路二氧化硅介质化学机械抛光研究》文中指出随着集成电路工业的发展，芯片集成度不断提高，特征尺寸不断减小，为了改善芯片电学性质，需要采用多层金属布线结构，导致芯片表面要求达到全局平面化，而传统的抛光工艺已不能满足这一要求，现在CMP工艺已被人们认为是唯一可实现全局平面化的工艺。但是由于其工艺的复杂性，人们对CMP机理以及工艺参数的作用仍缺乏深入的认识，大量的结论仍是实验性结果，另外，CMP本身也存在诸如表面划伤、金属离子沾污、吸附颗粒难以清洗等问题，从而限制了它的规模化应用。本课题选定二氧化硅介质CMP为研究方向，通过大量实验，重点进行了SiO_2介质抛光液的配置，包括：有机碱、活性剂的选择及其作用机理；其次，对CMP工艺参数进行了优化调整，总结出了最佳的温度、压力、流量等工艺条件，并对其机理进行了深入探讨，建立了一条以化学作用为主，小粒径、高速率、高完美、高平整的CMP工艺路线，有效解决了目前氧化物化学机械抛光中存在的表面划伤、颗粒吸附难以清洗、金属离子沾污等问题。本课题所做的工作必将促进CMP工艺早日实现规模化应用，推动IC工业的发展。
刘玉岭, 檀柏梅, 李志, 刘立威[5]2000年在《ULSI制备中氧化硅介质化学机械抛光的研究》文中研究指明对超大规模集成电路制备中二氧化硅介质的抛光机理、工艺条件的选择进行了大量理论和实验研究 ,着重研究了使用化学方法提高抛光速率、改善表面状况以及如何解决抛光浆料的沉积等问题 ,并实现了技术突破。
张楷亮, 宋志棠, 张建新, 檀柏梅, 刘玉岭[6]2004年在《ULSI介质CMP用大粒径硅溶胶纳米研磨料的合成及应用研究》文中研究指明针对超大规模集成电路多层互连结构中介质 CMP抛光速率低 ,急需的大粒径硅溶胶研磨料 ,本文采用改进的粒径生长控制工艺制备介质 CMP用大粒径硅溶胶 ,并采用 TEM、激光粒度分析仪和 Zeta电位测试仪等先进手段对其粒径大小、粒径分布和稳定性进行了表征。以低分散度硅溶胶纳米研磨料配制抛光浆料进行了二氧化硅介质的 CMP研究 ,结果表明 ,平均粒径 1 0 3 .4nm的硅溶胶浆料的去除速率达 63 0 nm/min,有效解决了二氧化硅介质 CMP低速率的难题
檀柏梅, 刘玉岭, 连军[7]2001年在《ULSI制备中SiO_2介质的化学机械抛光》文中进行了进一步梳理对超大规模集成电路（ＵＬＳＩ）制备中二氧化硅介质的抛光机理、工艺条件选择、抛光液成分与作用等进行了综述，对抛光浆料及抛光工艺中存在的一些难题进行了分析，对如何提高抛光速率、改善表面状况以及解决金属离子沾污等问题进行了讨论．
贾英茜, 刘玉岭, 牛新环, 刘博, 孙鸣[8]2006年在《ULSI多层互连中的化学机械抛光工艺》文中研究指明介绍了化学机械抛光(CMP)技术在大规模集成电路多层互连工艺[1]中的重要作用,对CMP过程和CMP的影响因素进行简单分析。总结出CMP技术在多层互联平坦化中的优势,介绍目前常用互连材料中SiO2介质及其金属材料钨和铜的化学机械抛光常用分析机理,并简单介绍了各种互联材料常用的抛光液及抛光液的组分,对抛光液作了简单的对比。针对传统CMP过程存在的问题,分析了皮带式和固定磨料的CMP技术。
参考文献：
[1]. 超大规模集成电路二氧化硅介质层的化学机械抛光技术的研究[D]. 连军. 河北工业大学. 2002
[2]. 二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究[D]. 刘瑞鸿. 大连理工大学. 2008
[3]. 二氧化硅介质层CMP抛光液配方研究[D]. 郭权锋. 大连理工大学. 2005
[4]. 超大规模集成电路二氧化硅介质化学机械抛光研究[D]. 刘立威. 河北工业大学. 2000
[5]. ULSI制备中氧化硅介质化学机械抛光的研究[J]. 刘玉岭, 檀柏梅, 李志, 刘立威. 稀有金属. 2000
[6]. ULSI介质CMP用大粒径硅溶胶纳米研磨料的合成及应用研究[J]. 张楷亮, 宋志棠, 张建新, 檀柏梅, 刘玉岭. 电子器件. 2004
[7]. ULSI制备中SiO_2介质的化学机械抛光[J]. 檀柏梅, 刘玉岭, 连军. 河北工业大学学报. 2001
[8]. ULSI多层互连中的化学机械抛光工艺[J]. 贾英茜, 刘玉岭, 牛新环, 刘博, 孙鸣. 微纳电子技术. 2006