化学机械抛光现状

2024-10-12

化学机械抛光现状（精选3篇）

1.化学机械抛光现状篇一

在电子材料表面抛光的化学与机械平衡优化过程中，要针对不同电子材料采取不同的优化对策。比如，对于容易研磨且容易发生反应的电子材料来说，比较容易与化学材料或物质发生反应，这就要求表面抛光技术中要有较高的化学反应，配合相对轻微的机械抛光，从而确保化学机械抛光技术的顺利完成。对于难以发生反应的电子材料来说，它们具有很强的化学惰性，在电子材料的化学机械表面抛光过程中，主要根据机械磨损来发挥作用，同时配合化学硬磨料确保抛光表面的平滑。

4 结语

总而言之，现阶段电子材料表面抛光的化学机械抛光技术是一项专业性较强的精加工技术，应用范围越来越广。但是，由于电子材料化学机械抛光技术产生背景以及加工过程中影响因素的制约，使其存在部分局限性。因此，在实际工作过程中，要根据电子材料的不同性能，不断加强表面抛光技术化学与机械的优化平衡。

2.化学机械抛光现状篇二

化学抛光, 表面完美性好, 但是平行度、平整度、抛光一致性差;机械抛光一致性、材料表面平行度好, 但是粗糙度较大;而化学机械抛光集化学抛光和机械抛光的优点, 既能够获得较完美的表面, 又可以得到较高的抛光速率, 是能够实现全局平坦化的唯一方法。

化学机械抛光技术 (CMP, 化学机械平坦化, 化学机械研磨) , 80年代末源于IBM公司, 最早是由IBM在1991年在64MbDRAM的生产中获得成功的应用, 从90年代开始进入量产, 具有成本低、方法简单等优点, 而且该方法能够使晶片表面真正的实现平坦化, 并几乎可以用于对所有的表面材料进行加工, 因此在工业界得到了广泛认可, 世界各国和地区都对此项技术进行研究和开发, 并且该行业呈现出了较强的竞争势头。

与传统的纯机械或纯化学的抛光方法不同, CMP技术是通过化学的和机械的组合物技术, 通过两者技术相互结合避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤, 利用了磨损中的“软磨硬”原理, 即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光, 将化学腐蚀和机械磨削作用达到一种平衡。化学机械抛光是在一定压力下及抛光浆料存在下, 被抛光工件相对于抛光垫做相对运动, 借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合, 在被研磨的工件表面形成光洁表面。

2 影响抛光效果的因素

2.1 抛光压力、流速、抛光盘转速、抛光头转速

抛光压力对抛光速率和抛光表面质量影响较大, 是抛光工艺中的一个重要参数。一般而言, 压力越大, 抛光速率越大, 也正是由于薄膜表面凹凸部位所受压力不同, 导致了去除速率的差异, 凸出的部位去除速率高, 而低凹部位去除速率低, 从而达到平整。但是高压抛光是产生表面缺陷 (划伤、弹性形变、应力损伤) 的主要来源。压力大时, 磨料划过表面产生的划痕深造成表面划伤。摩擦力增大, 产物大量的热量, 层间抛光液又少, 不能起到很好的润滑、散热作用, 产生局部温度梯度, 化学作用增强, 抛光速率加大, 更易产生桔皮等抛光缺陷。另外, 压力大, 抛光后氧化层表面活性大, 更易吸附杂质等颗粒, 使之难以清洗。同时, 抛光转速增加, 会引起抛光速率的增加, 但是抛光转速过高时, 将会导致抛光浆料在抛光垫上分布不均匀、化学反应速率降低和机械作用增强, 从而影响抛光速率和质量。

2.2 抛光垫

化学机械抛光中抛光垫的主要作用是输送抛光液, 传导压力和打磨发生化学反应的材料表面。抛光布的材料通常为聚氨酯或聚酯中加入饱和的聚氨酯。抛光布的各种性质严重影响到抛光晶片的表面质量和抛光的速率, 主要有抛光布的纤维结构、孔的尺寸、抛光布的粘弹性、抛光布的硬度和厚度、耐化学系和反应性等。硬布有助于达到全局平面化, 但是其质量传输能力不够, 因此不能及时地将新鲜的浆料传输到抛光表面, 也不能将废料及时地带走, 这样就大大降低了对抛光表面的CMP作用和抛光的一致性, 因而也就降低了抛光速率。软布的多孔结构和纤维绒毛能提高浆液的传输, 但是因为步的刚性不够, 很难达到抛光全局平面化。为了均衡全局平面化和一致性这两方面的要求, 采用双层结构。顶部硬的表面提供好的全局平面化, 底部弹性好, 提供大范围的良好接触, 保持好的一致性。

2.3 抛光液 (组成:磨料、溶剂、添加剂等;制备方法:加料顺序等)

2.3.1 磨料类型、浓度、尺寸

磨料在化学机械抛光中的主要作用是将抛光对象表层的凸部去除, 提高工件表面的平整度。半导体加工工艺中, Si O2、Al2O3、Ce2O3是最常用的磨料, 其中Ce2O3磨料常用于玻璃抛光。由于氧化铈研磨颗粒表面具有对于氧化硅极强的活性的路易斯酸位置, 可与其形成氧桥键结, 特别适用于浅沟槽隔离制程, 具有提高选择比的优点, 可提供足够的研磨速率。磨料颗粒的硬度对去除速率有直接的影响, 由于加大了机械作用, 去除速率随磨料颗粒硬度的增加而增大。同时, 磨料含量在一定范围时, 能够提高抛光速率, 但是磨料的含量过高时, 容易导致抛光液流动性较差, 造成管道堵塞, 从而增加成本, 同时对材料表面的抛光效果也较差。

半导体加工工艺中使用的绝大部分化学机械抛光磨料的平均颗粒尺寸在50-200nm之间, 大颗粒的磨料会在晶片表面产生微小的擦痕, 破坏产品质量, 对化学机械抛光加工的效果有直接影响。

2.3.2 p H值

p H值影响被抛光表面和磨料材料的分解和溶解度、被抛表面膜的形成。抛光液中磨料的悬浮程度、即胶体的稳定度, 也受到p H值的影响。研磨液的p H值是液体介质中酸碱度的表征, 在CMP应用过程中, 许多研磨液是按“缓冲”溶液配制的, 稍加稀释或添加少量的酸或碱, 其p H值的变化不大。由于化学机械抛光时主要以化学腐蚀作用为主, OH-会与硅原子发生反应, 其反应速率直接会影响硅片的抛光速率, 因此抛光液的p H值通常要求处在一个比较稳定的范围。同时, 抛光液p H值的设定通常需要跟抛光压力、抛光温度、抛光材料等参数相匹配。

2.3.3 密度

对于研磨液而言, 其密度与研磨液中磨料的含量相关。

2.3.4 粘度

粘度, 又称动力粘度, 是牛顿流体粘滞力的量度参数, 是牛顿粘性定律中剪切力和法向速度梯度之间的比例常数。研磨液的粘度和温度有关, 并且, 粘度影响研磨液的传递特性, 还是磨料分散体系中胶凝化的重要参数。

2.3.5 ζ电位

当颗粒与流体相接触时 (例如研磨颗粒在研磨溶液中时) , 考虑一个表面带负电荷并均匀分布的颗粒, 在该颗粒非常临近的区域包围着一层正电离子, 随着与该颗粒距离的增加, 正负离子的浓度逐渐减少, 最终和流体主体相中的浓度相等。主体相中的离子和颗粒所吸引的离子间的电荷差异形成ζ电位。ζ电位可以用于预测和控制CMP研磨液中胶体分散的稳定性。ζ电位越大, 研磨液的分散性就越好, 因为带电的颗粒会排斥其他颗粒, 从而避免彼此间的聚结。

3 结语

抛光压力、流速、抛光盘转速、抛光头转速、抛光垫通常为影响化学机械抛光的机械因素, 而抛光液的组成为影响抛光效果的决定性因素, 各大公司和研究所也通常着重于抛光液组成的研究, 同时根据抛光对象的不同对抛光液的组成进行调整, 以获得较好的抛光速率和抛光效果。

摘要：化学机械抛光工艺, 是一种利用固相反应的抛光原理的加工方法, 就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫抛光集成电路表面。

关键词：化学机械抛光,影响因素

参考文献

3.化学机械抛光现状篇三

1 化学机械研磨抛光垫关键技术解析

抛光垫根据其软硬程度和表面绒毛结构可分为含绒毛少的硬质抛光垫和含毛绒较多的软质抛光垫。一般粗抛过程为提高抛光效率用硬质的抛光垫;精抛过程由于要求的材料去除量少, 表面质量要求高, 多用软质抛光垫[3]。抛光金属时采用多孔渗水性的抛光垫;抛光氧化物时采用较硬的抛光垫。

化学机械抛光的抛光垫根据材料表面微观结构可大致分为四类:① 由聚酯纤维制成, 例如专利 (CN104625945A) 中涉及的一种采用聚酯纤维制成的抛光垫;②由多孔性合成革组成, 例如清华大学申请的专利 (CN102601727A) 中涉及一种以人造革为基垫材料的化学机械抛光垫;③由多孔聚氨酯组成, 例如美国罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司申请的专利 (US20080253385A) 介绍了一种以多孔聚氨酯为材料的多层化学机械抛光垫;④由无孔聚氨酯组成, 如日本株式会社SKC申请的专利 (JP2009501648A) 涉及一种具有互穿网状结构、无孔无气泡的聚氨酯抛光垫。

抛光垫的物理机械性能很大程度上决定了其抛光质量和效率。对于不同硬度的抛光垫, 硬度越高, 抛光效果越好, 能够达到要求的平整度, 但抛光过程中可能引起晶片表面划伤, 特别是当抛光压力较大时, 易造成严重的表面损伤。弹性模量和剪切模量对抛光垫的工作性能也会产生重要影响。弹性模量高则抛光垫对所加载荷的承受能力强, 剪切模量高则有利于抛光垫抵抗旋转力。

2 抛光垫技术发展趋势分析

化学机械抛光技术的提出始于1965 年, 随着该技术在工业上的应用范围不断扩大, 以及对工件表面光洁度要求不断提高, 抛光垫作为化学机械抛光技术的关键部件, 也已受到业内人士的普遍关注, 图1 为抛光垫相关专利在世界范围的申请量分布情况。

根据图1 的统计结果分析可知, 对于抛光垫的技术改进主要集中在美国、中国和日本, 德国、韩国等国家的研发能力也在逐渐增强。

各国每年申请量变化趋势如图2。

由图2 可知, 美国的抛光垫相关专利申请量在2006年达到顶峰, 日本、德国、韩国均在2003-2006 年左右专利申请达到最高峰, 此后有渐渐回落的趋势, 中国的申请量自2003年开始呈稳步增长态势, 表明我国在化学机械抛光技术领域的研发力度逐渐增强。虽然中日韩在专利总量上与美国存在较大的差距, 但近年来各国在该技术领域的差距正在不断缩小。从图中还反映出各国在近年来专利申请量均呈下降的趋势, 这也反映出经过数十年的发展, 化学机械抛光技术领域的相关研究日趋成熟, 该领域的技术研究将会向新的方向推进。

2.1 化学机械抛光垫的多层化

随着半导体技术领域的逐渐发展, 半导体器件正变得越来越复杂, 具有较精细的特征以及较多的金属化层。这种趋势需要抛光耗材改善性能, 以保持平整度并限制抛光缺陷, 因此需要具有能与低缺陷制剂相关的物理性质很好地相关联的多层化学机械抛光垫层叠体, 以增强其可修整性[4]。

基于此类技术需求, 美国罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司申请的专利 (US2014357163A1) 提供了一种具有柔软且可修整的抛光层的多层化学机械抛光垫层叠体, 能够提供低缺陷抛光性能, 并利于使用金刚石修整盘形成微织构, 对半导体晶片进行抛光, 并且不会对晶片表面造成破坏[5]。

2.2 化学机械抛光垫的窗口化

半导体器件的特征尺寸已逐渐向小型化方向发展, 如果晶片表面出现过大的起伏, 那么后续一系列的工艺对线宽的控制将会变得越来越困难。因此, 在半导体工艺流程中, 需要对化学机械平坦化过程进行监控。

为了实现化学机械抛光过程中的实时监测, 上海中芯国际集成电路制造 (上海) 有限公司申请了一项发明 (CN103978421A) 涉及化学机械抛光终点侦测装置及方法, 该装置可通过在抛光平台中安装一红外探测器, 通过具有窗口的抛光垫来探测抛光时晶圆表面的温度变化。

3 结语

目前, CMP抛光垫的研究方向有很多, 在对于抛光垫材料、物理机械性能、外形结构的技术改进日趋成熟的基础上, 该领域的技术改进正朝着多功能、集成化方向发展。

摘要：化学机械抛光是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的重要技术, 作为CMP系统的关键部件之一, 抛光垫对抛光效率及抛光质量有着重要影响。本文通过对国内外抛光垫相关专利申请的分析, 阐述抛光垫技术发展现状及未来发展趋势, 为我国抛光垫相关技术的发展提供一些参考。

关键词：化学机械抛光,抛光垫,专利,发展趋势

参考文献

[1]许雪峰, 马冰迅, 黄亦申.彭伟利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光[J].光学精密工程, 2009, 17 (7) :1587-1593.