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摘要

? ? ? 本文研究了氧化劑濃度、pH 值和漿料流速對(duì) Si (1 0 0) 晶片化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP) 中材料去除率 (MRR) 的影響。CMP 在堿性漿液中使用氧化鋁和氧化鈰顆粒與過氧化氫進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)兩種顆粒材料的應(yīng)用導(dǎo)致了非常不同的結(jié)果。當(dāng)使用氧化鋁顆粒時(shí)，MRR 最初隨著漿液 pH 值的增加而降低，直到 pH = 9。然而，在漿液的 pH 值達(dá)到 10 之前，使用二氧化鈰顆粒會(huì)增加 MRR。影響是由于顆粒團(tuán)聚和氧化劑漿料與晶片表面的接觸角減??；而后者是由粒子團(tuán)聚和三價(jià)二氧化鈰離子的改性引起的。無(wú)論顆粒類型如何，漿液流速和氧化劑濃度的影響是相似的——更高的流速或更高的氧化劑濃度會(huì)在達(dá)到平臺(tái)之前帶來更大的 MRR。其中許多是通過分子尺度上的粘合劑去除機(jī)制來解釋的。

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介紹

? ? ? 由于其全局平坦化能力，化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是目前集成電路制造中的主要加工方法。在 CMP 工藝中，將旋轉(zhuǎn)的晶圓壓在旋轉(zhuǎn)的拋光墊上，同時(shí)將包含一些化學(xué)試劑和磨粒的漿料送入晶圓-拋光墊相互作用區(qū)。耦合的化學(xué)-機(jī)械相互作用被認(rèn)為是拋光過程中材料去除的原因，然而，CMP 中使用的一些化學(xué)品是有毒的，這會(huì)增加生產(chǎn)成本、產(chǎn)生有毒化學(xué)品的處置問題并造成污染。對(duì) CMP 中化學(xué)作用的深入了解可以為工藝優(yōu)化提供一些見解，并在保持高去除率的同時(shí)減少化學(xué)品的使用。

圖1?泥漿流速對(duì) MRR 的影響。曲線(a)：含Al2O3 磨料的漿液，曲線(b)：含CeO2 磨料的漿液?

pH值對(duì)MRR的影響

使用 Al2O3 和 CeO2 漿料的最低去除率分別為 pH 9 和 7。這可以歸因于上一節(jié)中討論的不同 pH 值下顆粒的聚集。

當(dāng)使用 Al2O3 漿料時(shí)，當(dāng) pH 值大于 9 時(shí)，MRR 增加。這可能是由于接觸角的變化。使用接觸角計(jì) (JC 2000A) 研究了 pH 值對(duì) Si (1 0 0) 晶片 CMP 接觸角的影響，pH 值的增加會(huì)降低接觸角。這說明了 MRR 隨著 pH 值的增加而增加。圖 3 表明 pH 值進(jìn)一步增加超過 11 不會(huì)提高 MRR，這可能是由于恒定的磨料濃度限制了磨料顆粒和晶片表面之間機(jī)械相互作用的頻率。

圖 4??光譜分析中避免氧化鈰顆粒團(tuán)聚的方法?

光譜分析

? ? ? 上述分析可以間接得到光譜學(xué)的支持。由于顆粒在 pH = 7 時(shí)容易團(tuán)聚，因此制作了一個(gè)動(dòng)態(tài)石英盒來表征氧化鈰漿料，如圖所示圖 4.料漿在箱體內(nèi)由下向上流動(dòng)，避免顆粒團(tuán)聚。只有透光的表面是由石英構(gòu)成的，其他表面是由玻璃構(gòu)成的。圖 5?描述了不同化學(xué)條件下氧化鈰漿料的透射光譜。Ce3+ 和 Ce4+ 離子的透射率位置不同，分別位于 340 和 360 nm 附近區(qū)域，分別位于與公布的數(shù)據(jù)一致 。

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圖 5?不同化學(xué)條件下氧化鈰漿料的透射光譜。(a) pH = 7, 0.4% H2O2, (b) pH = 10, 0.4% H2O2, (c) pH = 7, 1% H2O2, (d) pH = 7, 2% H2O2, (e) pH = 11 , 0.4% H2O2?

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