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摘要
? ? ? 本文研究了氧化劑濃度、pH 值和漿料流速對 Si (1 0 0) 晶片化學(xué)機械拋光 (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，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增加 MRR。影響是由于顆粒團聚和氧化劑漿料與晶片表面的接觸角減小；而后者是由粒子團聚和三價二氧化鈰離子的改性引起的。無論顆粒類型如何，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在達(dá)到平臺之前帶來更大的 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 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減少化學(xué)品的使用。
圖1?泥漿流速對 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，當(dāng) pH 值大于 9 時，MRR 增加。這可能是由于接觸角的變化。使用接觸角計 (JC 2000A) 研究了 pH 值對 Si (1 0 0) 晶片 CMP 接觸角的影響，pH 值的增加會降低接觸角。這說明了 MRR 隨著 pH 值的增加而增加。圖 3 表明 pH 值進一步增加超過 11 不會提高 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械相互作用的頻率。
圖 4??光譜分析中避免氧化鈰顆粒團聚的方法?
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 時容易團聚，因此制作了一個動態(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，避免顆粒團聚。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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