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随着通信网络等快速的发展,对集成电路(IC)的要求越来越高,使其不断向高速、高集成、高密度和高性能化的方向发展。芯片制造上,一方面,为了降低生产成本,逐步增大硅片的尺寸;另一方面,为了提高IC的集成度,不断减小刻线宽度。硅片表面平整化要求愈加严格,同时,抛光行为中的材料去除率、表面粗糙度以及表层/亚表层非损伤等要求也在增加,化学机械抛光(CMP)作为目前公认的全局平坦化实用技术,在IC制造中得到广泛应用。在常规的CMP中,作为消耗材料的抛光液占CMP制程总费用的40%左右,但其利用率只能达到20%,所以抛光液的过度使用不但造成了IC的制造成本居高不下,而且会产生大量抛光液废液,污染周边环境。鉴于以上常规CMP中所遇到的问题,针对常规CMP的施液手段进行改进,提出了超声精细雾化施液的CMP工艺方法。本论文以研制适用于超声精细雾化CMP的碱性抛光液为研究目的,在分析超声雾化施液特点和抛光液的去除机理的基础上,以提高抛光液的利用率、减小其金属离子污染、提高材料去除率(MRR)为目标,进行抛光液的组分选择和组分含量优化的分析和试验研究,找到了一种使用少许的抛光液便能够得到较高的材料去除率和较好的表面形貌的抛光液配方。首先阐述了适用于超声精细雾化CMP的抛光系统并分析抛光液的抛光机理,在此基础上制定抛光液的组分选择和含量优化的试验计划。在超声雾化CMP试验中,抛光液通过超声波雾化器中雾化片的高频谐振,将液态水分子打散形成雾液,在负压的作用下被快速导入抛光垫上,充分接触硅片表面,通过化学腐蚀和机械磨削的交替作用将材料去除,形成超光滑精密表面。研究发现,抛光液中的pH值调节剂、磨料、表面活性剂和氧化剂对抛光质量有着重要影响。接着分析抛光液的各成分,进行单因素试验,找到试验效果最好的磨料、有机碱、表面活性剂等抛光液成分。磨料选用分散性和选择性好的二氧化硅磨料;有机碱选择三乙胺,它不包含金属离子,且经过超声精细雾化CMP后,能够使硅片的材料去除率达到476 nm/min,表面粗糙度由5.4 nm降至3.2 nm;选择静态试验效果最好的烷基酚聚氧乙烯醚作为抛光液的表面活性剂;氧化剂选择无金属离子且在碱性环境中发挥氧化作用的过氧化氢。最后以正交设计为试验方法,进行了抛光液组分含量优化,得到使材料去除率高、表面形貌较好的抛光液配方,再与市购的SSP-L悬浮抛光液的常规抛光效果进行参数比较。结果表明:当磨粒含量20 wt%、pH值为11、表面活性剂含量0.5 wt%和氧化剂含量2 wt%时,材料去除率是490 nm/min,表面粗糙度是2.7 nm。配制的抛光液的雾化抛光效果和SSP-L抛光液常规抛光效果接近,可雾化抛光液用量接近常规CMP的1/10。分析其原因,可能是雾化液由于均匀的化学组分以及在界面化学反应中的高活性、强吸附性,有利于材料去除和超精表面的形成。