微电子器件制备中CMP抛光技术与抛光液的研究

介绍了河北工业大学微电子研究所发明成果:15～20nm铜的CMP碱性抛光液、阻挡层CMP碱性抛光液,用于介质CMP的120nm水溶胶磨料抛光液、互连插塞钨和铝的CMP纳米SiO2磨料碱性抛光液及ULSI硅衬底CMP抛光液及切削液、磨削液、倒角液和应力控制技术等研究成果。

微电子工艺中的清洗技术现况与展望

介绍了微电子行业的清洗现状以及其工艺的清洗原理(包括颗粒、金属离子等),分析了存在的问题,阐述了硅片清洗的急待解决的难题和ODS(破坏臭氧层物质)清洗液的替代问题.说明了润湿剂、渗透剂和螯合剂的作用,并对今后的微电子清洗发展方向进行了展望.

微电子专用硅溶胶的纯化机理探究

首先对微电子工艺中引入杂质的危害进行了阐述,找出现有硅溶胶距实际应用的不足,发掘其纯化工艺,为微电子工艺领域中广泛应用硅溶胶提供前提条件。实验主要是对几种纯化工艺进行对比,由此从中得出,采用阳-阴-阳离子交换的方法最为适宜。然后对实验室制备的或在工业中已有应用的硅溶胶进行纯化,使其纯度达到10-6级,并探讨了其纯化机理。

微电子用硅溶胶的纯化

对微电子工艺中引入杂质的危害进行了阐述,找出现有硅溶胶距离实际应用的不足,发掘其纯化工艺,为微电子用硅溶胶的广泛应用提供了前提条件。

微电子工艺中的清洗技术

本文指出了清洗工艺在集成电路制程中的重要性,详细介绍了目前广泛采用的几种清洗方法的清洗原理、特点、存在的问题以及发展的方向。

硅单晶片研磨液的研究

论述了研磨液在硅单晶片加工中所起的重要作用以及当今国内外研磨液的发展状况 ,通过实验研究有效地解决了目前研磨液存在的悬浮、金属离子的去除及表面颗粒吸附问题 ,并对研磨液的污染及其净化处理进行了分析。

蓝宝石衬底材料CMP抛光工艺研究

介绍了蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺,阐述了蓝宝石衬底的应用发展前景以及加工工艺中存在的问题,总结了影响CMP工艺的多种因素,并系统地分析了蓝宝石抛光工艺过程的性能参数及其影响因素,提出了优化方案,采用大粒径、低分散度的磨料,加入有机碱及活性剂,能够有效提高蓝宝石表面的性能及加工效率。

Si单晶片切削液挂线性能的研究

Si片线切割过程中,切削液的挂线性能直接影响切片表面质量、切片速率、线锯寿命以及晶片成品率。为满足超大规模集成电路对Si衬底表面质量的要求,改进线切割液的性能,对影响线切割液性能的因素进行了分析,并通过实验对线切割液的挂线性能进行了研究,找到了比较适合Si片切割且挂线性能较好的切削液配比。

多晶Si太阳电池表面酸腐蚀制绒的研究

研究了采用HF和HNO3非择优腐蚀多晶硅表面制备绒面的机理。通过实验分析了酸混合液的体积浓度配比、添加剂、温度和时间等因素对腐蚀速率和腐蚀后表面形貌的影响;总结出了多晶Si的酸腐蚀规律,得到了制备理想绒面的酸混合液体积配比(V(HF):V(HNO3):V(CH3COOH)=1∶12∶6)。在此基础上提出了优化设计方案:采用廉价的水代替醋酸作为缓蚀剂,腐蚀过程置于超声槽中进行,利用超声波的振动使反应生成的气泡快速脱离多晶Si片表面,同时使腐蚀液浓度分布更加均匀,从而制备出效果更佳的多晶Si绒面。

低压下碱性铜抛光液对300mm多层铜布线平坦化的研究

随着微电子技术进一步发展,低k介质的引入使得铜的化学机械平坦化(CMP)须在低压下进行。提出了一种新型碱性铜抛光液,其不含常用的腐蚀抑制剂,并研究了其在低压下抛光及平坦化性能。静态条件下,铜的腐蚀速率较低仅为2nm/min。在低压10.34kPa时,铜的平均去除速率可达633.3nm/min,片内非均匀性(WIWNU)为2.44%。平坦化效率较高,8层铜布线平坦化结果表明,60s即可消去约794.6nm的高低差,且抛光后表面粗糙度低(0.178nm),表面状态好,结果表明此抛光液可用于多层铜布线的平坦化。

多羟多胺在TSV铜膜CMP中的应用研究

对自主研发的多羟多胺络合剂(FA/O)在硅通孔技术(Through-silicon-via,TSV)化学机械平坦化(chemical mechanical planarization,CMP)进行了应用研究。结果表明,FA/O络合剂较其它常用络合剂在碱性CMP条件下对铜有较高的去除速率,抛光液中不加FA/O络合剂时,铜的去除速率仅为45.0nm/min,少量FA/O的加入迅速提高了铜膜去除速率,当FA/O含量为50mL/L时,铜去除速率趋于平缓。在TSV Cu CMP中应用表明,FA/O对铜的去除率可高达2.8μm/min,满足微电子技术进一步发展的要求。

300mm铜膜低压低磨料CMP表面粗糙度的研究

随着集成电路特征尺寸的减小、低k介质的引入及晶圆尺寸的增加,如何保证在低压无磨料条件下完成大尺寸铜互连线平坦化已经成为集成电路制造工艺发展的关键。采用法国Alpsitec公司的E460E抛光机在低压低磨料的条件下,研究了12英寸(1英寸=25.4 mm)无图形(blanket)铜膜CMP工艺和抛光液配比对抛光表面质量的影响。实验结果表明,在压力为0.65 psi(1 psi=6.89×103 Pa),抛光液主要成分为体积分数分别为5%的螯合剂、2%的氧化剂和3%的表面活性剂。抛光后表面无划伤,表面非均匀性为0.085,抛光速率为400 nm.min-1,表面粗糙度为0.223 nm,各参数均满足工业化生产的需要。

蓝宝石衬底nm级CMP技术研究

介绍了蓝宝石衬底的化学机械抛光工艺,讨论分析了影响蓝宝石衬底化学机械抛光的因素,定量确定了最佳CMP工艺。提出先以重抛过程提高蓝宝石抛光速率,然后以轻抛过程降低最终表面粗糙度的工艺路线。在配制抛光液时加入FA/OⅠ型活性剂保护SiO2胶粒的双电子层结构。在轻抛过程之前抛光垫用原液浸泡20～30min,抛光磨料直径为20～40nm。实验最佳工艺条件下的抛光速率达231.6nm/min,粗糙度降至0.34nm。

ULSI多层铜布线CMP影响因素分析研究

研究了ULSI多层互连工艺中铜布线的CMP的机理;对影响抛光速率和抛光后表面状态的诸因素,如抛光条件、抛光方式和抛光耗材进行了分析;特别针对抛光液对铜布线CMP的影响,提出了目前存在的主要问题,并对未来的研究方向和研究内容进行了展望。

基于Arrhenius方程研究活性剂对铜CMP粗糙度的影响

选用非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO),通过自制的碱性铜抛光液,在E460E机台上研究不同体积分数活性剂对铜化学机械抛光(CMP)效果的影响。利用原子力显微镜(AFM)观察抛光后铜表面粗糙度,采用接触角测试仪测试不同的抛光液在铜表面的接触角。结果表明:铜抛光速率随着活性剂体积分数的增加呈缓慢降低趋势,加入活性剂可显著降低抛光后铜表面粗糙度。当加入体积分数3.0%的活性剂时,铜抛光速率从678.096 nm/min降低到625.638 nm/min,同时铜表面粗糙度从10.52 nm降低到1.784 nm,接触角从28.33°降低到12.25°。活性剂分子优先吸附在抛光后铜表面形成一层分子膜,表面粗糙度降低的根本原因是该分子膜增加了化学反应的活化能以及提高了抛光液的润湿性。基于Arrhenius方程,从活化能和温度两个参数阐述活性剂降低铜表面粗糙度的机制。

CeO_2掺杂ZnO厚膜的制备及气敏性能的研究

采用sol-gel法制备ZnO及CeO2掺杂量分别为6%、7%和8%(质量分数)的ZnO粉体。通过XRD、SEM对材料的表面形貌和结构进行表征。研究了掺杂量对粉体制备的影响。采用静态配气法对该粉体制成的气敏元件进行测试,结果表明,在工作温度仅为85℃的条件下,7%(质量分数)CeO2-ZnO气敏传感器对饱和丙酮蒸汽的灵敏度最高达9634,响应时间为3s,恢复时间为2s;在较低浓度2.0×10-4时灵敏度也可达30左右。并对丙酮气敏传感器的气敏机理进行了进一步探讨。

镁合金抛光机理与CMP工艺研究

将化学机械抛光(CMP)技术引入到镁合金片(MB2)的抛光中,打破过去镁合金以单一化学或机械加工为主的加工手段,用自制的抛光液对镁合金片进行抛光实验。结果发现,抛光液中加入双氧水易产生胶体,不利于抛光的进行,因此提出无氧化剂SiO2碱性抛光。同时分析了镁合金的抛光机理,抛光中压力、转速和抛光液流量参数对抛光过程的影响,利用Olympus显微镜对抛光前后镁合金表面进行观察,通过合理控制工艺参数,能够得到较佳的镁合金抛光表面,远优于单一的机械加工,为镁合金抛光工艺和进一步研究抛光液的配比奠定了基础。

碱性Cu布线抛光液速率特性及平坦化性能的研究

Cu的双大马士革工艺加上化学机械平坦化(CMP)技术是目前制备Cu布线行之有效的方法。CuCMP制程中,抛光液起着至关重要的作用,针对目前国际主流酸性抛光液存在的问题和Cu及其氧化物与氢氧化物不溶于水的难题,研发了多羟多胺碱性Cu布线抛光液,研究了此抛光液随压力、转速及流量变化的特性,同时也研究了其对布线片的平坦化能力。结果表明,抛光液对Cu的去除速率随压力的增大而显著增大,随转速及流量的增加,Cu的去除速率增大缓慢,显著性依次为压力转速>流量。通过对Cu布线抛光实验表明,此抛光液能够实现多种尺寸Cu线条的平坦化。说明研发的碱性抛光液能够实现Cu布线抛光后产物可溶,且不含抑制剂等,能够实现布线片的平坦化。

磁控溅射法制备Bi_2Te_3热电薄膜的研究

Bi2Te3薄膜是室温下热电性能最好的热电材料,利用磁控溅射在长有一薄层SiO2的n型硅样品上制备Bi/Te多层复合薄膜,经后续退火处理生成Bi2Te3。通过分析Bi2Te3薄膜的生长和退火工艺,探讨Bi/Te中Te的原子数分数对薄膜热电性能的影响。采用XRD和SEM对薄膜的结构、形貌和成分进行分析,并测量不同条件下的Seebeck系数。薄膜Seebeck系数均为负数,表明所制备样品是n型半导体薄膜,且最大值达到-76.81μV.K-1;电阻率ρ随Te的原子数分数增大而增大,其趋势先缓慢后迅速。Bi2Te3薄膜的热电性能良好,Te的原子数分数是60.52%时,功率因子最大,为1.765×10-4W.K-2.m-1。

ZnO薄膜的丙酮气敏特性研究

用直流磁控反应溅射法,分别在Si(111)基片及Al2O3陶瓷基片上制备了ZnO薄膜,并进行TiO2、SnO2、Al2O3或CuO的掺杂和退火处理。用XRD分析了退火前后晶型的变化,利用气敏测试系统对各样品进行了气敏特性测试。结果表明:经过700℃退火后的样品,在最佳工作温度为220℃时,对丙酮有很好的选择性和很高的灵敏度(34.794)。掺杂TiO2或SnO2,可提高ZnO薄膜传感器对丙酮的灵敏度(57.963)。