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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于CMP运行过程数据可视化分析系统的研究与实现

Chemical Mechanical Polishing(CMP)工艺过程中产生大量运行数据,存在数据量庞大、数据种类复杂多样等特点。而且现有数据分析方法单一,造成数据资源浪费,限制研究人员对运行情况的掌握和优化。针对这些情况提出一种数据可视化分析系统,对运行数据进行实时存储,提出4种可视化视图,针对不同数据分析需求,通过对比分析、关联分析和用户交互,可有效帮助研究人员探索工艺过程中影响工艺效果的原因,优化工艺参数,提升生产效率。

基于相对熵准则的CMP道集Q扫描

地下介质的大地滤波效应(主要包括薄层叠合效应、散射效应和非弹性效应等)使地震信号振幅变小、频带变窄、主频降低、相位畸变,这可用等效Q值引起的效应表示。合理估计等效Q值并进行相应的Q值补偿对提高地震资料的分辨率十分重要。吸收衰减是一个累积效应,当地层Q值一定时,地震子波的衰减现象随传播距离/时间的增加和频率的增大而愈明显,即深层、远炮检距反射子波的能量和高频成分衰减更严重。为此,假设地层为水平层状、反射同相轴满足双曲线规律,已知地下均方根速度模型,利用CMP道集,沿双曲线轨迹开时窗以提取单个衰减子波;然后选取一组Q值,在频率域对衰减子波振幅谱做Q值补偿处理,依据不同炮检距处补偿后地震子波振幅谱一致性最佳原则估计水平地层的等效Q值。该方法需要一个合适的度量准则,因此对比、分析了相似系数、质心频率和KL散度、JS散度等准则。实验表明,在选取合适频带范围(如0~60 Hz)后,JS散度准则对规范化后的振幅谱一致性度量的敏感性更高,抗噪能力更强;在合适的信噪比条件下,基于相对熵准则的CMP道集扫描估计品质因子方法可以得到比较稳定的等效Q值估计结果。

PVP与TAZ复配对Cu CMP的吸附缓蚀

采用电化学方法、表面表征和量子化学计算研究了在碱性抛光液中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与1,2,4-三氮唑(TAZ)复配对Cu表面的缓蚀性能,探讨了原子尺度的吸附缓蚀机理。研究表明,PVP与TAZ复配较单独使用具有更好的缓蚀性能,且吸附方式均服从Langmuir吸附等温模型;PVP的反应活性位点主要集中在含有甲基的一端且能量较低,TAZ分子环上氮原子均为反应活性位点且能量很高,均可与Cu原子配位形成吸附中心,从而达到良好的缓蚀效果。PVP与TAZ复配可实现Cu化学机械抛光(CMP)在高去除速率下的低表面粗糙度。

钌基阻挡层铜膜CMP中E1310P的缓蚀机理研究

为了控制钌(Ru)基阻挡层铜膜(Cu)化学机械平坦化(CMP)的平坦化效果和表面质量,使用一种绿色无毒的阴离子表面活性剂异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯(E1310P)作为抛光液的缓蚀剂。研究了E1310P对Cu/Ru去除速率(RR)、静态腐蚀速率(SER)和表面质量的影响。去除速率和静态腐蚀速率显示:E1310P能控制Cu和Ru的去除速率,同时能保持较高的Cu/Ru去除速率选择比。表面质量结果显示:E1310P的加入对表面粗糙度、碟形坑和蚀坑都有良好的控制效果。通过电化学实验和X射线光电子能谱分析其缓蚀机理:随着E1310P浓度提高,E1310P通过物理化学混合吸附的方式吸附于Cu表面,隔离Cu和抛光液的接触,抑制Cu的化学反应,从而实现对Cu的缓蚀效果。

咪唑提升硅片CMP速率的机理研究

为了提高硅片的抛光速率,从机械作用及化学作用两个方面分析研究了咪唑在硅片表面的作用机理。接触角测试和静态腐蚀实验结果显示,咪唑对于硅表面的水解反应影响较小。Zeta电位结果显示,咪唑的加入使Zeta电位呈现上升的趋势,Zeta电位升高减弱了抛光垫、硅片、硅溶胶磨料之间的静电斥力,从而提高了硅的机械研磨速率。XPS分析显示,咪唑在硅片表面发生吸附行为,其1号位上的N原子由于具有更高的电子云密度,水解后替换了原有Si—H键中的H吸附在硅片表面,形成了新的Si—N键,使相邻原子间的化学键产生了极化现像,在机械力的作用下更容易被去除。相比传统以腐蚀为主的硅速率促进剂,咪唑在提高硅去除速率的同时保持低静态腐蚀速率,更加符合实际生产要求。

抛光时间对多层铜布线阻挡层CMP效果的影响

为了提升多层铜布线阻挡层化学机械抛光(CMP)的平坦化效果,以获得平坦度高和质量好的表面,研究了不同抛光时间对阻挡层抛光后平坦化效果和表面质量的影响。CMP实验使用自主研发的碱性抛光液,固定抛光液组分不变,在60 s、40 s+20 s与30 s+30 s三种不同抛光时间下对阻挡层材料和图形片进行了CMP实验。实验结果表明,改变抛光时间可以提高Cu去除速率和降低正硅酸乙酯(TEOS)去除速率;其中40 s+20 s抛光后碟形坑和蚀坑深度修正分别约为40 nm和20 nm;铜沟槽内铜线条剩余厚度为225.7 nm,基本与工业生产目标值225 nm相匹配;图形片CMP后表面缺陷数量降低至189颗;铜镀膜片抛光后表面粗糙度降低至0.351 nm。

CMP抛光材料:先进制程提振需求国产替代空间广阔

CMP抛光材料是集成电路产业链的重要原材料之一。集成电路的产业链中游包括集成电路的设计、制造与封测,设计环节需要用到如EDA软件、IP框架授权等的设计工具;制造环节技术流程为“清洗-金属渐镀-涂布光阻-光刻-光阻去除-电镀-抛光-晶圆测试”,上游主要是硅片及集成电路材料等;封测环节技术流程为“切割-贴片-引线-模封-测试-封装”,上游用到引线框架、封装基板等封测材料,以及测试机、减薄机等封测设备。

柠檬酸在钴基铜互连CMP及后清洗的研究进展

钴(Co)具有较低的电阻率、良好的热稳定性、与铜(Cu)粘附性好等优点,可以替代钽(Ta)成为14 nm以下技术节点集成电路(IC)Cu互连结构的新型阻挡层材料。化学机械抛光(CMP)是唯一可以实现Cu互连局部和全局平坦化的方法,也是决定Co基Cu互连IC可靠性的关键技术。柠檬酸含有羟基,在电离后对金属离子有较强的络合作用,成为Co基Cu互连CMP及后清洗中的主要络合剂。文章评述了柠檬酸在Cu互连CMP及后清洗中的应用和研究进展,包括柠檬酸对Cu/Co去除速率选择比、Co的表面形貌以及Co CMP后清洗中Co表面残留去除等方面的影响,并展望了络合剂及Cu互连阻挡层CMP的发展趋势。