集成电路CMP中金属腐蚀复配缓蚀剂的研究进展

在化学机械抛光(CMP)过程中,集成电路金属多层布线因受抛光液中化学试剂的腐蚀而经常导致表面缺陷的出现。将两种及以上能够产生协同缓蚀效果的化学试剂复配可以得到较单一试剂更强的缓蚀性能。介绍了多试剂协同腐蚀抑制的机理,总结了国内外多试剂协同中两种缓蚀剂、表面活性剂与缓蚀剂、两种表面活性剂的复配协同在集成电路CMP金属腐蚀抑制应用中的研究进展,并延伸到碳钢金属等防腐领域,最后对CMP领域中多试剂协同抑制的发展进行了展望。

CMP体系下基于历史文脉传承的淮安城市遗产价值评估

淮安,中国大运河线上最重要的水利枢纽城市之一。自元明清三朝定都北京,大运河重新疏浚、改线、贯通后,北方巨量的物资需求促使漕运兴盛,时值淮安城扼漕运、盐运、河工、榷关、邮驿之机杼,风光一时无两。现下,运河城市遗产的保护传承利用逐渐成为城市发展中的重要部分,淮安城市遗产反映着其城市文化特征,也是城市职能的直接体现。该文利用CMP(保护规划管理)从场所意义出发,对淮安城市遗产进行价值评估,并试图以此构建基于历史文脉保护利用传承导则,助推大运河文化带建设。

阴/非离子型表面活性剂对CMP后SiO_(2)颗粒的去除效果

为了更有效地去除铜晶圆化学机械抛光(CMP)后清洗残留的SiO_(2)颗粒,选择了2种阴离子型表面活性剂(SLS、TD⁃40)和2种非离子型表面活性剂(AEO⁃5、JFC⁃6),通过接触角、表面张力、电化学、分子动力学模拟实验探究了4种表面活性剂在铜表面的润湿性、吸附构型及吸附稳定性。通过优化表面活性剂质量浓度,选择达到吸附稳定时的质量浓度配置4种表面活性剂来清洗铜晶圆,利用扫描电子显微镜观测铜表面形貌,对比它们的清洗效果。随后选择TD⁃40和JFC⁃6进行复配,研究复配后表面活性剂对硅溶胶颗粒的去除效果。实验结果表明,使用体积比为2∶1的TD⁃40与JFC⁃6进行复配得到的CMP清洗液对SiO_(2)颗粒的去除效果比单一表面活性剂的更好。

稀土掺杂CeO_(2)的合成及其CMP性能研究

CeO_(2)作为一种常用的稀土抛光粉,其抛光性能十分优异,但在现有的抛光研究中,平衡材料去除速率(MRR)和表面粗糙度(Ra)两者的关系一直是重点与难点。为探究这一问题,采用溶剂热法合成形貌规整、粒径较为均一、分散性良好的球形CeO_(2),并对其进行Pr、Y等稀土元素的掺杂,研究稀土元素掺杂对氧空位形成的改变,以及引起的Ce^(3+)比例的变化对抛光性能的影响。根据材料表面Ce^(3+)的含量,与CMP抛光实验结合,结果显示Ce^(3+)含量较高的抛光磨料对硅片的抛光效果更好,其中Pr掺杂的CeO_(2)磨料,MRR高达445.71 nm/min,抛光后硅片的平均粗糙度(Ra)为1.23 nm,Pr元素的掺杂能够改变Ce基抛光粉表面的化学状态,进而影响抛光过程。通过对氧化铈形貌、粒径及表面Ce的化学状态的调控,稀土元素掺杂后的CeO_(2)抛光粉具有较快的材料去除速率和较好的表面粗糙度,该研究可为开发高性能氧化铈基抛光粉提供一定的理论及技术指导。

半导体材料CMP过程中磨料的研究进展

对磨料在半导体材料化学机械抛光(CMP)中的应用和研究进展进行了简单阐述,从各代半导体材料制成半导体器件的加工要求介绍了磨料在半导体材料CMP中的重要性,从CMP过程中磨料与半导体材料的相互作用介绍了磨料在半导体材料CMP中的环保性,从磨料的改性和制备介绍了磨料在半导体材料CMP中应用的限制性,重点从半导体材料的去除速率和表面质量介绍了磨料对半导体材料抛光性能的影响,并对国内外研究中单一磨料、混合磨料和复合磨料对半导体材料抛光性能的影响进行了评述,总结了近年来磨料在半导体材料CMP中的研究进展。最后,对磨料在半导体材料CMP中存在的共性问题进行了总结,并对该领域所面临的挑战及发展方向进行了展望。

pH调节剂在CMP工艺中的应用研究进展

pH调节剂在化学机械抛光(CMP)工艺中有重要应用,可以调节抛光液的pH值以确保抛光过程的化学反应在理想的pH值下进行,同时保持抛光化学环境的稳定等。对无机酸、有机酸、无机碱和有机碱四大类pH调节剂在合金、金属和金属化合物等材料的CMP中的应用及其作用机理进行综述。无机酸pH调节剂的主要作用机理是快速腐蚀材料表面,但其主要缺点是会将多余的金属离子引入抛光液中污染金属表面。有机酸pH调节剂的主要作用机理是螯合金属离子形成大分子络合物,但其主要缺点是稳定性差,难以保存。无机碱pH调节剂的主要作用机理是在基底表面生成一层软化层,使其在机械作用下更容易被去除,但其主要缺点是仍会引入金属离子污染材料表面。有机碱pH调节剂的主要作用机理是加速钝化膜的形成,但其主要缺点是制备困难、成本高。最后对pH调节剂在CMP中的应用前景进行了展望。

复合磨料的制备及其对层间介质CMP性能的影响

以SiO_(2)为内核、CeO_(2)为外壳制备出了核壳结构复合磨料,用以提升集成电路层间介质的去除速率及表面一致性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合磨料的表面形貌,利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析复合磨料的表面物相结构及化学键组成。研究结果表明,所制备的复合磨料呈现出“荔枝”形,平均粒径为70~90 nm,CeO_(2)粒子主要以Si—O—Ce键与SiO_(2)内核结合。将所制备的复合磨料配置成抛光液进行层间介质化学机械抛光(CMP)实验。实验结果表明,Zeta电位随着pH值的降低而升高,当pH值约为6.8时达到复合磨料的等电点。当pH值为3时,层间介质去除速率达到最大,为481.6 nm/min。此外,研究发现去除速率还与摩擦力和温度有关,CMP后的SiO_(2)晶圆均方根表面粗糙度为0.287 nm。

C^(*)-代数上的CMP逆

给出了有单位元的C^(*)-代数中CMP逆的刻画,讨论了CMP逆与Moore-Penrose逆,Drazin逆和(b,c)-逆等广义逆之间的关系。

E1310P和FMEE复配对铜膜CMP性能的影响

针对化学机械抛光(CMP)中传统唑类缓蚀剂毒性强、成本高,在表面形成坚硬钝化膜难以去除等问题,在甘氨酸-双氧水体系下,使用阴离子表面活性剂聚氧乙烯醚磷酸酯(E1310P)和非离子表面活性剂脂肪酸甲酯乙氧基化物(FMEE)复配替代传统唑类缓蚀剂。通过去除速率、表面粗糙度和表面形貌等的实验结果研究了E1310P和FMEE协同作用对CMP过程中表面质量的影响。通过表面张力、电化学性能、X射线光电子能谱(XPS)和密度泛函理论(DFT)揭示了E1310P和FMEE的协同吸附行为及其机理。结果表明,E1310P可以吸附在Cu的表面,降低Cu的去除速率;FMEE的加入能有效屏蔽E1310P离子头基间的电性排斥作用,使更多的E1310P吸附在Cu的表面,在协同作用下形成了更致密的抑制膜,使得CMP抛光性能得以提升。

低浓度CeO_(2)/SiO_(2)复合磨料对硅片CMP性能的影响

为了在硅衬底化学机械平坦化(CMP)过程中提高对硅衬底的去除速率,同时获得良好的表面质量,选用了CeO_(2)包覆SiO_(2)的壳核结构复合磨料,研究其在低浓度下对硅衬底去除速率和表面质量的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)对CeO_(2)/SiO_(2)复合磨料样品的结构、形貌进行了表征,表明其具有完整包覆的壳核结构。BET比表面积和摩擦系数测试显示,在相似粒径下CeO_(2)/SiO_(2)复合磨料比SiO_(2)磨料拥有更大的比表面积和摩擦系数,从而提高了对硅片的化学反应和机械磨削作用。实验表明,当采用质量分数0.5%的CeO_(2)/SiO_(2)复合磨料(粒径75nm)对硅衬底抛光后,其去除速率可达到530nm/min,硅衬底表面粗糙度为0.361nm。因此,相对于传统SiO_(2)磨料,采用CeO_(2)/SiO_(2)复合磨料抛光可以在低浓度条件下同时具备高去除速率和良好的表面质量。

CMP抛光垫表面及材料特性对抛光效果影响的研究进展

对化学机械抛光(CMP)工艺中的抛光垫特性、劣化以及修整进行了简单阐述,重点先从抛光垫表面特性(抛光垫表面微形貌、微孔及抛光垫的结构、表面沟槽纹理的形状、微凸体的分布)和材质特性(硬度、弹性模量和化学性能)入手,对近年来国内外的实验研究与理论模拟分析两方面进行了概括,总结了目前各个特性参数对抛光垫性能以及对CMP过程影响的进展,此外,从机械磨损和化学腐蚀两方面对抛光垫的劣化机理进行简要分析。随后,为进一步探究抛光垫修整对抛光性能影响,对抛光垫的两种修整方式和修整参数对修整的效果进行了归纳,介绍了几种新型自修整材料。最后,指出了抛光垫特性和修整在发展现状中存在的问题,未来抛光垫的发展趋势将逐渐走向创新化、智能化、理论化以及应用集成化。

基于流固耦合的碳化硅衬底CMP过程温度场仿真分析

在碳化硅衬底化学机械抛光过程中,抛光界面温度是影响抛光效率的关键因素之一,掌握抛光界面温度分布情况,有助于更深入理解CMP机理并为工艺优化提供理论指导。为此,对碳化硅衬底的CMP过程中温度场分布情况进行了探究,分析了不同抛光工艺参数和抛光液组分对抛光界面温度的影响。利用有限元分析软件ANSYS的流固耦合模块,综合考虑抛光垫与抛光液对SiC衬底的磨削作用,得到抛光过程中SiC衬底表面温度分布。仿真结果表明,SiC衬底径向温度从中心到边缘逐渐增大,边缘处上升趋势逐渐减小甚至出现温度小幅下降,最大温差接近0.4℃(约为4%)。通过单因素实验探究不同影响因素与温度之间的关系,得出结论:随着抛光转速和抛光压力的增大,SiC表面平均温度上升,均近似成线性关系,并且边缘点与中心点温度变化相差越来越大;同时,衬底界面温度随着抛光液磨料浓度的增加而上升,但变化相对较小。

CMP抛光液中SiO_(2)磨料分散稳定性的研究进展

对SiO_(2)磨料在化学机械抛光(CMP)抛光液中的应用以及影响抛光液分散稳定性的因素进行了阐述,重点从SiO_(2)磨料分散稳定性的角度介绍了SiO_(2)磨料质量分数和粒径、抛光液pH值、表面活性剂种类和表面改性等对抛光液稳定性的影响,通过分析Zeta电位绝对值的范围、凝胶时间的长短、粒径随时间的变化和接触角等,总结了小粒径(35 nm左右)SiO_(2)磨料在抛光液中的分散机理,同时探讨了弱碱性环境对磨料Zeta电位的影响,阳离子、阴离子和非离子表面活性剂对磨料表面的作用机理和复配使用的效果,以及表面疏水化或亲水化改性对磨料分散稳定性的影响。最后对该领域未来的发展方向进行了展望。

聚甲基丙烯酸对STI CMP中SiO_(2)和Si_(3)N_(4)去除速率选择比的影响

在浅沟槽隔离(STI)化学机械抛光(CMP)中,需要保证极低的Si_(3)N_(4)去除速率,以及相对较高的SiO_(2)去除速率,并且要达到SiO_(2)与Si_(3)N_(4)的去除速率选择比大于30的要求。在CeO_(2)磨料质量分数为0.25%,抛光液pH=4的前提下,研究了聚甲基丙烯酸(PMAA)对SiO_(2)与Si_(3)N_(4)去除速率以及二者去除速率选择比的影响,分析了PMAA在影响SiO_(2)与Si_(3)N_(4)去除速率过程中的作用机理。结果表明,PMAA的加入可以降低SiO_(2)与Si_(3)N_(4)的去除速率,当PMAA的质量分数为120×10^(-6)时,SiO_(2)和Si_(3)N_(4)的去除速率分别为185.4 nm/min和3.0 nm/min,去除速率选择比为61。抛光后SiO_(2)与Si_(3)N_(4)晶圆表面有较好的表面粗糙度,分别为0.290 nm和0.233 nm。

基于CMP模型的人工砂混凝土级配优化研究

混凝土骨料颗粒级配的优劣直接影响混凝土成型质量。以人工砂混凝土骨料级配为研究对象,采用CMP(Concrete Mixture Proportioning)可压缩颗粒堆积模型对人工砂混凝土中的细骨料和粗骨料进行级配优化,并对优化级配和常规级配的砂浆及混凝土性能展开研究,分析级配优化对水泥基材料性能的影响。结果表明,优化级配的砂浆在流动性、抗压强度、抗折强度、孔隙率等性能指标上均有提升,优化级配的混凝土在强度、孔隙率、氯离子电通量等性能指标上均高于常规级配混凝土。

铜互连CMP工艺技术分析

阐述CMP设备抛光头压力和抛光液中H_(2)O_(2)浓度对TSV工艺面铜去除速率和平坦化的影响。分析发现,粗抛压力3.0psi、精抛压力1.0psi、H_(2)O_(2)浓度2wt%时CMP加工效率高且通孔碟坑深度≤0.5μm。

CMP逆的表示及其应用

给出了复矩阵CMP逆的多种表示,分裂计算以及在求解约束矩阵方程中的应用.

基于多源数据融合的半导体晶片CMP抛光材料去除率预测

目的 对半导体晶片抛光过程中的工艺参数、耗材使用量、抛光垫状态参数等多源数据预处理后进行数据融合,建立材料去除率(MRR)预测模型,为实现半导体晶片抛光加工工艺的决策和处理奠定基础。方法 研究晶片抛光加工中的数据特点及数据融合需求,提取数据集中每个晶片加工过程中的统计特征并生成新数据集,同时引入邻域特征以应对晶片加工过程中动态因素对材料去除率的影响。提出基于深度自动编码器的多源数据融合及材料去除率预测方法。设计深度自动编码器参数,优化深度自动编码器的损失函数从而增强深度自动编码器对强相关性特征变量的重建。基于深度自动编码器进行多源传感器信号融合,降低数据维度。使用超参数搜索算法优化BP神经网络超参数,利用BP神经网络方法将融合后的数据进行半导体晶片抛光过程中的材料去除率预测。结果 采用PHM2016数据集对模型进行验证,均方误差MSE达到7.862,相关性R^(2)达到91.2%。结论 基于多源数据的融合模型能有效预测MRR,可以对半导体晶片CMP工艺过程的智能决策与控制起到良好的辅助作用。

磨粒振动对碳化硅CMP的微观结构演变和材料去除的影响

针对化学机械抛光中磨料易团聚、机械和化学作用不能充分发挥等问题,采用振动辅助的方法进行优化。通过分子动力学模拟,分析磨粒振动的频率、振幅及其压入深度、划切速度对工件表面微观原子迁移的演变规律,揭示振动对材料去除和表面改善的促进机制;并通过振动辅助化学机械抛光工艺试验和表面成分分析,验证振动辅助的抛光效果和去除机制。结果表明:适当增大磨粒的振动频率、振动振幅及其压入深度、划切速度,可有效提高工件表面的原子势能和温度;磨粒振动有利于提高工件表面原子的混乱度,促进碳化硅参与氧化反应,形成氧化层并以机械方式去除;抛光试验和成分分析也证实振动可以提高材料去除率约50.5%,改善表面质量约25.4%。

铜CMP后清洗中表面活性剂去除颗粒的研究进展

在集成电路制造过程中,利用化学机械抛光(CMP)去除多余的Cu以实现全局及局部平坦化。而CMP后会在晶圆表面残留大量颗粒等污染物,抛光后残留的颗粒等污染物需要通过CMP后清洗工艺将其去除。综述了清洗液中的表面活性剂对颗粒去除的作用机理及清洗效果。重点探讨了在清洗液中加入单一表面活性剂的作用机理和对颗粒的去除效果。对加入不同类型的表面活性剂复配后对颗粒的去除及其作用机理进行了分析和预测。相比于在清洗液中加入单一的表面活性剂,使用不同类型的表面活性剂按合适比例复配后会产生协同效应,因此能获得更好的颗粒去除效果。