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化学机械研磨工艺中的铜腐蚀研究

化学机械研磨工艺中的铜腐蚀研究

作者：彭名君复旦大学

学位级别：硕士

铜作为新的互连材料被引入集成电路的制造之后,以及大马士革工艺的采用,带来了新的工艺挑战。铜在化学机械研磨面临的铜腐蚀问题使得产品良率和可靠性都受到威胁。本文通过实验,量化研究了生产过程中的防腐蚀问题,并通过实验得到了局部... 详细信息

铜作为新的互连材料被引入集成电路的制造之后,以及大马士革工艺的采用,带来了新的工艺挑战。铜在化学机械研磨面临的铜腐蚀问题使得产品良率和可靠性都受到威胁。本文通过实验,量化研究了生产过程中的防腐蚀问题,并通过实验得到了局部的腐蚀防止办法,研磨前的晶圆预处理,避免水与研磨液的溅湿,正确的研磨液和清洗剂选取,晶片保护液的正确使用,适当的干燥时间选择以及之后晶圆环境的保护,这些都在批量生产中得到了可行性验证,在一定程度上减少了生产时铜腐蚀的发生几率。研究表明,CMP工艺中铜腐蚀发生的必要条件是有腐蚀性的溶液或者湿润的环境溶入其他离子后形成的电解质溶液。而能够防止铜在CMP制程被腐蚀的理论性研磨环境主要取决于:1)保证良好的研磨前处理,使晶圆在被研磨前避免受到腐蚀性气体或者液体的接触。2)选择好的研磨液和正确使用保护液,以保证其在研磨各步骤间以及从研磨至清洗阶段得到很好的保护。3)确保彻底的清洗和干燥能力,避免研磨液或者是清洗液,水等残留在晶圆表面。4)晶圆研磨后到下一站点间的保护措施。本文实验结果证实铜研磨液的抗腐蚀效果较好,而阻挡层研磨液稍显不足。晶圆完成铜化学机械研磨步骤之后,会被放入晶舟而送至下一个站点,由于生产线上机器的产能安排或者产品紧急程度不同,晶圆等待下一个制程的时间长短也有很大差别。此时发生的电化学腐蚀同样给晶圆带来表面缺陷。研究表明,随着时间的增长腐蚀会越来越严重;在不活泼气体N的环境之下,腐蚀发生的较为缓慢。本文在批量生产中做了防腐蚀优化方案的重复性验证设计工艺优化的条件。结果表明,采用了优化条件的批次T03、T04,其产品良率略高于未采用优化条件的批次T01、T02。原因在于采用优化条件的批次在晶圆研磨前、研磨中、清洗干燥以及之后的保护中都尽可能的减少了腐蚀发生的几率,为这一良率的提高起了显著的作用。

关键词：化学机械研磨铜互连腐蚀

化学机械研磨（CMP）对电特性影响的分析与优化

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化学机械研磨（CMP）对电特性影响的分析与优化

作者：姜霖复旦大学

学位级别：硕士

集成电路进入纳米时代,集成电路设计技术和制造技术联系紧密。在芯片制造和良率逐渐触及物理瓶颈的今天,集成电路制造技术在不断挑战人类工程技术的极限,并产生了一个新的领域---可制造性设计技术。可制造性技术的两个关键问题是光刻和... 详细信息

集成电路进入纳米时代,集成电路设计技术和制造技术联系紧密。在芯片制造和良率逐渐触及物理瓶颈的今天,集成电路制造技术在不断挑战人类工程技术的极限,并产生了一个新的领域---可制造性设计技术。可制造性技术的两个关键问题是光刻和化学机械研磨。在考虑这些变化因素下,通过增添设计流程,优化算法和版图结构,使得芯片可制造性和成品率提高。随着现代超大规模集成电路（VLSI）的不断发展,互连线对时序的影响也越来越大。在SoC（片上系统）设计中,对性能和功耗的要求也在不断的增加。但在CMP过程中,金属密度的不均匀导致金属厚度的起伏,产生碟形,磨损。在进行多金属层芯片的制造过程中,密度不均匀导致的不平坦化对第一、第二金属层的影响并不显著,但由于不平坦化效应的叠加,在越来越高的金属层,就可能出现短路、断路等不希望出现的结果,从而影响整个电路的运行。因此需要进行冗余金属填充来调节金属的密度,使其达到一致,以此来改善金属表面的平坦性,但另一方面,冗余金属的填充会增加互连电容,互连电阻,信号延迟以及功耗的增加等一系列问题。研究冗余金属填充的目的就是为了降低这些寄生参数,使其对电路的性能影响最小,在实现平坦化的同时使电路的性能不受较大影响,从而可以进行多层金属的制造,这样可以大幅降低生产的成本,极大的提高芯片厂的成品率和经济效益。本文关注的是冗余金属对互连线之间耦合电容的影响,重点研究起主要作用的是冗余金属的形状,面积,摆放位置,还是其与互连线的对应边长。本文从对互连线影响和改善平坦化方面对冗余金属进行研究,提出一系列的填充策略,降低冗余金属带来的耦合电容的增加,以达到平整度和电性能的最优化。

关键词：可制造性设计化学机械研磨冗余金属填充耦合电容

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化学机械研磨对硅片表面微粗糙度的影响

化学机械研磨对硅片表面微粗糙度的影响

作者：林佳佳上海交通大学

学位级别：硕士

随着IC产业的迅猛发展，电子器件的最小尺寸正在变得越来越小。当前，45nm工艺的芯片已经能够被大量的生产。众所周知，器件的最小尺寸主要受限于显影技术的解析度。通过解析度的不断提高，器件的最小尺寸就能不断变小。然而在实现这一... 详细信息

随着IC产业的迅猛发展，电子器件的最小尺寸正在变得越来越小。当前，45nm工艺的芯片已经能够被大量的生产。众所周知，器件的最小尺寸主要受限于显影技术的解析度。通过解析度的不断提高，器件的最小尺寸就能不断变小。然而在实现这一理论的同时，我们不能忽略高解析度对硅片表面平坦化的高要求。因此近几年来，IC制造工艺上对于硅片表面平坦化的要求也越来越高。由于对硅片表面平坦化要求的不同，在IC产业发展的这段期间，相继诞生了多种平坦化技术。化学机械研磨作为当今唯一能够提供全局平坦化的技术，已被越来越广泛地应用到半导体领域。化学机械研磨是由化学研磨和机械研磨两部分组成。其抛光机理的研究是当前的热点。同时，随着半导体技术的不断发展，在做到硅片表面全局平坦化后，硅片表面的微粗糙度也开始得到重视。它是硅片表面质量的一个重要参数。一个粗糙的硅片表面（或薄膜表面），对器件本身或者下一道工艺都会造成不良的影响。因此，我们希望硅片表面（或薄膜表面）能有一个较好的微粗糙度。这篇论文的主要目的就是研究化学机械研磨与硅片表面微粗糙度之间的联系。并通过改变化学机械研磨的一些参数，来实现硅片表面微粗糙度的最优化。同时，本文还引入了粒子缺陷量测的概念，来体现硅片表面微粗糙度改善的作用。其整个过程包括以下几部分： 1.首先介绍下半导体制造工艺中平坦化技术的发展史;重点介绍了化学机械研磨的工作结构与其在半导体工艺中的重要地位;然后详细介绍了化学机械研磨的抛光机理;最后介绍了硅片表面的质量测量，给出了硅片表面微粗糙度的定义，并详细介绍了当今主流的几种量测方式。其中提到的扫描表面检查系统是本论文研究中使用的量测系统。该系统中的参数Haze是描述硅片表面微粗糙度的一个重要参数。本文同时给出了硅片表面Haze值的定义。我们可以发现，随着微粗糙度的变大，Haze值变大。 2.介绍了硅片表面粒子缺陷的量测方法，并对硅片表面粒子缺陷进行验证分析，分析得出硅片表面较小颗粒的粒子缺陷主要是由于硅片表面的粗糙不平造成，同时通过实验对这一结果进行验证。 3.该部分主要通过改变化学机械研磨的一些重要工艺参数（如：压力、相对转速、研磨液流量和研磨液配比）来进行实验。通过实验来获得不同的硅片表面微粗糙度，然后通过仪器检测，得到与之相对应的Haze值，并对数据结果进行分析总结，我们发现当化学研磨和机械研磨达到平衡状态时，所得到的Haze值为最小。同时，我们对实验硅片进行粒子缺陷量测，结果显示：随着硅片表面微粗糙度的改善，硅片表面粒子缺陷的数量也随着减少。通过研究我们可以发现，化学机械研磨中化学研磨与机械研磨的比重对于硅片表面微粗糙度起重要影响。当化学研磨与机械研磨达到平衡时，我们能得到最佳的硅片表面微粗糙度。同时，根据硅片表面微粗糙度和粒子缺陷之间的关系，利于我们对化学机械研磨进行参数设置，并在生产过程中对设备进行检测。

关键词：化学机械研磨平坦化雾化微粗糙度

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SiC单晶片化学机械研磨试验研究

表面技术 2015年第4期44卷 137-140,146页

作者：王庆仓张晓东苏建修祝伟彪郗秦阳朱鑫裴圣华西南石油大学机电工程学院成都610500 河南科技学院机电学院河南新乡453003 吉安职业技术学院机电工程学院江西吉安343000

目的提高Si C单晶片的材料去除率,改善加工后的表面质量。方法进行研磨液试验,利用极差法得到研磨液的最优配比和研磨液成分中影响去除率的主次因素顺序;对主要影响因素进行单因素试验并考察对材料去除率的影响。结果研磨液的质量为50 g... 详细信息

目的提高Si C单晶片的材料去除率,改善加工后的表面质量。方法进行研磨液试验,利用极差法得到研磨液的最优配比和研磨液成分中影响去除率的主次因素顺序;对主要影响因素进行单因素试验并考察对材料去除率的影响。结果研磨液的质量为50 g,最优配方为:助研剂、分散剂、增稠剂、润滑剂、磨料A、磨料B的质量分别为9,7,5,3,3,5 g,其余为调和剂,磨料A和磨料B的粒度均为W28。结论影响材料去除率的主要因素为磨料粒度,粒度越大,材料去除率越高。

关键词：化学机械研磨研磨液碳化硅单晶片材料去除率表面质量

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介电隔离层化学机械研磨模型的建立方法和仿真

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电子元器件与信息技术 2018年第9期 83-85页

作者：刘正方叶瑶瑶上海交通大学电子信息与电气工程学院

在集成电路制造中,随着工艺节点的提升,受光刻成像解析度的限制,光刻焦深越来越小,导致了光刻的工艺窗口的降低,对硅片表面形貌的均匀性要求却越来越高。因此化学机械研磨被越来越多地被应用在表面形貌的平坦化工艺中。在以往的建模过程... 详细信息

在集成电路制造中,随着工艺节点的提升,受光刻成像解析度的限制,光刻焦深越来越小,导致了光刻的工艺窗口的降低,对硅片表面形貌的均匀性要求却越来越高。因此化学机械研磨被越来越多地被应用在表面形貌的平坦化工艺中。在以往的建模过程中,后段工艺因布线的复杂性和材质间差异的问题,而成为首先被考虑的对象。当工艺节点到28nm之后,前段器件制造中的CMP工艺之后的形貌也成为不可忽略的一个因素。一方面,在当层所造成的表面起伏差异导致光刻曝光的问题。另一方面,在多层叠加的效果对后段层次叠加造成的影响也不再可忽视。在本文中,我们将讨论怎样用经典CMP建模的方法对前段介质层特征化,并建立模型。在模型建立完成后,该模型可被用于设计仿真,并探测可能存在的风险点。

关键词：可制造性设计化学机械研磨模型制造前段

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金属钨化学机械研磨清洗缺陷研究及解决方法

集成电路应用 2017年第8期34卷 59-62页

作者：王雷上海华虹宏力半导体制造有限公司上海201203

通过研究金属钨化学机械研磨(W CMP)后清洗的一种水痕状的缺陷(Water mark like defect),经过一系列的实验,我们发现这种缺陷产生的原因是具有钨插塞(W Plug)结构的晶片在清洗中WO_3被溶解,并在随后的烘干环节中W析出并形成缺陷。在典型... 详细信息

通过研究金属钨化学机械研磨(W CMP)后清洗的一种水痕状的缺陷(Water mark like defect),经过一系列的实验,我们发现这种缺陷产生的原因是具有钨插塞(W Plug)结构的晶片在清洗中WO_3被溶解,并在随后的烘干环节中W析出并形成缺陷。在典型的W CMP之后增加一次DHF的清洗,能清除99.6%的该类型的缺陷,可应用到实际生产中,减少产品缺陷,提高产品良率。

关键词：集成电路制造水痕化学机械研磨缺陷

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APC技术在化学机械研磨工艺中的应用

辽宁化工 2006年第7期35卷 407-409页

作者：秦彩云金翠北京石油化工学院信息工程学院北京102617

介绍了基于化学机械研磨(CMP)工艺,在Unix和SDT的开发环境下,用VB、C语言在Client和DB(Data Base)之间建立APC SDT Server的方法,以及创建Oracle数据库表的方法,实现了系统用户界面、核心APC Server和数据库表的设计。

关键词：化学机械研磨计算机技术自动控制 APC系统

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罗门哈斯电子材料公司推出用于65nm铜阻挡层的研磨化学机械研磨垫

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微纳电子技术 2005年第10期42卷 487-488页

罗门哈斯电子材料公司化学机械研磨（CMP）技术事业部，9月12日宣布推出Vision Pad^TM VP3100研磨垫。VP3100是产业界中第一种兼备硬研磨垫和软研磨垫优点的研磨垫，用于先进的化学机械研磨。使用Vision Pad^TM VP3100研磨垫时，在大批... 详细信息

罗门哈斯电子材料公司化学机械研磨（CMP）技术事业部，9月12日宣布推出Vision Pad^TM VP3100研磨垫。VP3100是产业界中第一种兼备硬研磨垫和软研磨垫优点的研磨垫，用于先进的化学机械研磨。使用Vision Pad^TM VP3100研磨垫时，在大批量生产铜晶片时，晶片平坦度优异，而且缺陷率低，从而提高了65nm工艺制程的产量，并且降低设备使用的总成本。

关键词：化学机械研磨电子材料公司阻挡层 Vision 65nm工艺铜大批量生产设备使用

罗门哈斯推出高级化学机械研磨（CMP）专用新型VisonPad产品

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工程塑料应用 2007年第9期35卷 28-28页

新型Vision Pad3200及Vision Pad3500研磨垫在金属研磨方面兼具软、硬研磨垫之优点。在全球半导体行业化学机械研磨（CMP）技术及创新方面处于领先地位的罗门哈斯电子材料公司CMP技术事业部近日宣布其VisionPad研磨垫系列又增添了两款... 详细信息

新型Vision Pad3200及Vision Pad3500研磨垫在金属研磨方面兼具软、硬研磨垫之优点。在全球半导体行业化学机械研磨（CMP）技术及创新方面处于领先地位的罗门哈斯电子材料公司CMP技术事业部近日宣布其VisionPad研磨垫系列又增添了两款新品。这两款产品可提供世界级的低生产缺陷率，极高的研磨能力和更长的使用寿命。

关键词：化学机械研磨产品罗门哈斯电子材料公司 CMP技术半导体行业使用寿命研磨能力缺陷率