铜化学机械抛光中电化学理论的应用研究

概述了电位 pH图、极化曲线、交流阻抗谱和开路电压测试等电化学方法在铜化学机械抛光 (Cu- CMP) 中的应用, 并分析了采用电化学方法进行CMP分析存在的问题, 指出采用以上电化学方法进行Cu -CMP分析有利于对Cu- CMP的过程的理解, 并可以为抛光液组分的选配提供依据。

铜在硝酸介质苯并三唑抛光液中化学-机械抛光时的电化学行为

用电化学测试技术研究了硝酸、苯并三唑及H2O2浓度对铜表面的成膜及铜抛光过程的影响.测试了各种体系中铜的交流阻抗及其影响因素,探讨了腐蚀电流密度与抛光压力、抛光转速的关系,考察了化学-机械抛光过程中腐蚀电位及极化曲线的变化规律. 用腐蚀电流密度及腐蚀电位等电化学变量的变化解释了抛光过程的电化学机理,证明在硝酸溶液介质中,以苯并三唑为成膜剂、H2O2为助剂、纳米g -Al2O3为磨粒的抛光液配方是可行的.

弱碱性抛光液中铜化学机械抛光的电化学行为

在弱碱性介质里以铁氰化钾为钝化剂 ,对铜化学机械抛光技术 (CMP)过程中的电化学行为进行了在线测试。考察了铜在有无铁氰化钾存在下的极化行为及铁氰化钾浓度对腐蚀电位的影响 ,研究了在不同压力下铜抛光前后的腐蚀电位 (φE)和腐蚀电流密度 (Jc)的变化规律 ,比较了抛光前及抛光过程中铜极化曲线的变化。定性地通过成膜的快慢及抛光过程中腐蚀电流密度的大小来说明抛光速率的高低。证明了以弱碱性溶液为介质、铁氰化钾为成膜剂、纳米γ Al2 O3 为磨粒的CMP配方的可行性。

ULSI制造中Cu的电化学机械抛光

电化学机械抛光(ECMP)技术可以在低压力下进行,有可能替代化学机械抛光(CMP)技术,满足含易碎、低介电常数材料的小尺寸特征结构的ULSI中Cu的抛光要求。利用自制的抛光液和改装的抛光机对晶圆片和图案晶圆片上的Cu进行电化学机械抛光,研究了抛光电压、抛光台转速、抛光压力和抛光液流量对抛光速率的影响,发现在抛光电压为4.7V、流量为150～200mL/min、抛光台转速为30～40r/min、抛光压力为3.45kPa时能达到较好的抛光速率。考察了抛光电压对图案晶圆片上台阶高度减小效率的影响,发现台阶高度减小效率随抛光电压增大而减小,并且对抛光机理做了初步分析。

铜在甲胺介质铁氰化钾化学-机械抛光液中的电化学行为

用电化学测试技术研究了介质和成膜剂浓度对铜表面的成膜及抛光过程的影响 ,探讨了化学机械抛光的压力、转速与膜的厚度、致密性的关系 ,找出了可以定性说明抛光过程及抛光速率的电化学变量或腐蚀电位 ( E-corrosion)及腐蚀电流密度 ( I-corrosion) ,并据 E-corrosion及 I-corrosion的变化规律得到如下主要结论 :1 )介质及成膜剂浓度对铜表面钝化膜的厚度、致密性起关键作用 ;2 )膜的厚度、致密性决定了抛光的压力及转速 ;3)

谈电化学机械抛光

介绍电化学机械研磨拋光原理、优点及电化学加工的发展趋势,以模具常用的材料为例,自行制作试片及载具来进行电化学机械拋光实验,实验结果证明将电化学和CNC工具的机械作用应用在模具拋光上可降低拋光时间及获得较优良的品质。

充液阀缸体脉冲电化学机械抛光研究

论述了脉冲电化学机械抛光的工作原理及充液阀缸体的加工方案、阴极设计、参数选择和加工效果。实验表明 ,脉冲电化学机械抛光是一种有效的镜面加工方法。该工艺的关键是如何使电化学作用与机械作用相匹配 。

潮湿颗粒电解质电化学机械抛光铜工件的接触特性研究

潮湿颗粒电解质电化学机械抛光(Moist particle electrolyte electrochemical mechanical polishing,MPEECMP)作为新兴技术,仍存在难以获得高表面质量的问题。为解决该问题,深入研究电解质颗粒与工件的接触特性,采用离散元仿真软件Altair EDEM探究了工件倾斜角、转速对接触数量、接触力的影响规律,并进行MPE-ECMP工艺试验。研究结果表明,倾斜角为30°时,单位时间内电解质颗粒与工件的接触数量最多,且切向力最大,为3.38 mN;在90°时,切向力最小,为1.21 mN。随着工件转速增大,单位时间内电解质颗粒与工件的接触数量变少,电解质颗粒与工件接触的法向力、切向力呈增大趋势。当抛光电位(vs.Hg/Hg_(2)SO_(4))为0.8 V,工件倾斜角为30°,抛光1 h,表面粗糙度从S_(a)433.51 nm降低到S_(a)22.43 nm,降低了94.8%。结果证明了工件倾斜角、转速的调整可有效提高MPE-ECMP的抛光精度,表面粗糙度的降低是由接触数量及接触力共同决定的,EDEM可有效模拟电解质颗粒运动的流态特性,为MPE-ECMP的进一步研究奠定了基础。

扳手的电化学机械抛光

扳手的电化学机械抛光山东工程学院（２５５０１２）王斌修李淑玉大连理工大学（１１６０２３）周锦进１引言扳手电镀前的抛光是个费工费时的工序，通常为手工抛光和振动砂抛，手工抛光因其工装简单、操作方便而广为采用，但工艺落后，劳动强度大；而振动砂抛由于抛光不均...

柔性阴极电化学机械抛光初探

笔者对扳手柔性阴极的抛光工艺及装置进行了实验研究,结果表明新工艺装置可提高劳动生产率,降低劳动强度。

新型铜互连方法——电化学机械抛光技术研究进展

多孔低介电常数的介质引入硅半导体器件给传统的化学机械抛光(CMP)技术带来了巨大的挑战,低k介质的脆弱性难以承受传统CMP技术所施加的机械力。一种结合了电化学和机械平坦化技术的新颖铜平坦化工艺——电化学机械抛光(ECMP)应运而生,ECMP在很低的压力下实现了对铜的平坦化,解决了多孔低介电常数介质的平坦化问题,被誉为未来半导体平坦化技术的发展趋势之一。主要综述了电化学机械抛光技术的产生、原理、研究进展和展望,对铜的ECMP技术进行了回顾和讨论。

电化学测试技术在集成电路制程化学机械抛光中的应用现状

简述了包括开路电位法、极化曲线法、恒电位法、电化学阻抗谱在内的常规电化学测试技术的原理。总结了近几年内这几种电化学测试技术在化学机械抛光领域研究中的应用现状,展望了未来的发展方向。

脉冲电化学机械抛光工具设计及其应用

针对具有复杂曲面模具,设计了几种结构、形状的阴极工具,并利用这些工具,采用脉冲电化学机械抛光的方法,对其中一种模具进行了抛光实验。实验表明,脉冲电化学机械抛光是一种有效的镜面加工方法。本工艺的关键是如何使电化学作用与机械作用相匹配,以得到最佳去膜效果。

TB2钛合金电化学机械抛光试验研究

航天器用星箭连接带的材料为TB2钛合金,对表面质量要求严格。提出电化学–电化学机械组合抛光TB2钛合金的方法,通过机械作用控制表面TiCl4黏性层厚度,设计了固结磨料工具阴极,搭建了电化学机械抛光试验系统。开展了不同组合形式的电化学–电化学机械组合抛光优选试验,研究了电压、工具转速、进给速度等工艺参数对组合抛光后表面质量的影响,最后,在电压25 V、工具阴极转速100 r/min、工具阴极进给速度30 mm/min,电化学抛光1次+电化学机械抛光1次组合形式交替加工15次的条件下,获得了表面粗糙度Ra0.031μm、Sa0.082μm的表面。实现了TB2钛合金薄板零件的连续抛光。

光电化学机械抛光装置设计

针对第三代半导体材料氮化镓(GaN)光电化学机械抛光的加工需求,研制了具有紫外光照射、电压加载和机械抛光功能的光电化学机械抛光(PECMP)装置。设计了紫外光可直接照射到GaN晶片表面的抛光盘单元,加工区稳定加载电压且与装置绝缘的电气回路,抛光盘和工件盘能够独立回转的驱动机构,并且抛光盘可以往复移动、抛光压力可以可调加载。建立了PECMP装置的整机三维模型,通过静力学分析和模态分析,优化了抛光盘和龙门等关键部件结构。搭建了PECMP抛光装置,并进行了性能测试,实现了可施加的光照强度0~200 mW·cm^(−2),电压大小0~10±0.1 V,绝缘电阻150 MΩ,抛光盘转速10~100 r/min,工件转速10~200 r/min,抛光盘往复移动速度1~100 mm/s,压力加载范围0~200 N,满足2英寸GaN晶片的PECMP加工需求。

碳化硅晶体电化学机械抛光工艺研究

针对碳化硅晶体抛光效率低的问题,研究碳化硅晶体的电化学机械抛光工艺,对比NaOH、NaNO_(3)、H_(3)PO_(4)3种电解液电化学氧化碳化硅晶体的效果。选用0.6 mol/L的NaNO_(3)作为电化学机械抛光过程的电解液,使用金刚石–氧化铝混合磨粒,通过正交试验研究载荷、转速、电压、磨粒粒径对电化学机械抛光碳化硅晶体的表面质量和材料去除率的影响。采用优选的试验参数进行抛光试验,结果表明:在粗抛阶段可实现20.259μm/h的高效材料去除,在精密抛光阶段可获得碳化硅表面粗糙度Sa为0.408 nm的光滑表面。

Ge2Sb2Te5的电化学特性及化学机械抛光

从电化学角度研究了Ge2Sb2Te5薄膜在化学机械抛光液中的作用,以及不同的pH值和H2O2浓度下的电化学特性.采用Solartron SI1287电化学设备测试了Ge2Sb2Te5薄膜在溶液中的开路电位和动电位扫描.开路电位结果表明:Ge2Sb2Te5在pH值为10的抛光液中表现出钝化行为;而抛光液的pH值为11时,开始向活化转变;当pH值为12时,薄膜处于活化状态.在动电位扫描过程中,不同的pH值和H2O2浓度下,薄膜的扫描曲线形状相似,表明薄膜腐蚀具有相同的反应机理.自制碱性抛光液,对Ge2Sb2Te5薄膜进行化学机械抛光,用SEM和EDS对抛光后的结构进行分析.结果表明,通过CMP实现了Ge2Sb2Te5填充结构.

基于硫代水杨酸基电解液的纯铜电化学机械抛光反应机理研究

随着国防和电子工业领域的发展,纯铜精密零件对表面粗糙度的要求随之提高.在硫代水杨酸(TSA)的络合作用下,电化学机械抛光(ECMP)可避免加工应力引起的变形并获得低表面粗糙度的纯铜表面,但由于TSA存在多个官能团,其与纯铜材料的反应机理难以阐明.通过对电位动态极化和ECMP试验,优化了工作电位,实现在2 V(饱和甘汞电极为参考电极)下进行ECMP,使工件表面粗糙度减少96.7%;并对试验中生成的缓蚀膜进行X射线能谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和质谱分析,阐明了纯铜材料与TSA基电解液的反应机理,即2个TSA分子脱质子生成[C12H8(COO)2SO2]2-,[C12H8(COO)2SO2]2-转化为[C14H8O6S]4-,然后[C14H8O6S]4-与铜离子结合形成配位化合物[C14H8O6SCu]2-;此外,在反应产物中检测到[C12H8(COOH)2S2](二硫代水杨酸,DTSA)的存在,为快速合成DTSA提供了新的可能.

模具电化学-机械抛光技术及装备

着重论述了电化学 -机械抛光工艺及装备的研制方法 ,提出了初步的应用范围。试验表明这种工艺方法具有加工范围广、精度高和生产效率高等优点 。

单晶SiC电化学腐蚀及化学机械抛光

通过电化学工作站对4英寸(1英寸=2.54 cm)n型单晶SiC(4H-SiC)进行电化学腐蚀特性研究,采用36GPAW-TD单面抛光机对其Si面和C面进行了化学机械抛光(CMP)。结果表明,采用H2O2和NaClO作为氧化剂,均可促进SiC的电化学腐蚀并提高其抛光去除速率,其促进作用与氧化剂浓度和抛光液的pH值密切相关。选择含体积分数5%的H2O2、pH值为12的SiO2抛光液对SiC进行CMP,得到的Si面抛光速率可以达到285.7 nm/h。在含H2O2抛光液中引入适量的NaNO3和十二烷基硫酸钠,SiC表现出较高的腐蚀电位绝对值和去除速率。在H2O2和NaClO抛光液体系中,SiC的去除速率与其腐蚀电位的绝对值正相关,该结果对实际应用有一定的借鉴意义。