二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究

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用于硬盘NiP基片CMP的一种碱性SiO_2抛光液

用于硬盘NiP基片CMP的一种碱性SiO_2抛光液
刘长宇;刘玉岭;武晓玲;孙鸣;张伟
【期刊名称】《微纳电子技术》
【年(卷),期】2007(44)1
【摘要】在NiP基片的化学机械抛光中,针对现有酸性抛光液存在的易腐蚀、易污染和以Al2O3为磨料造成易划伤表面的质量问题,尝试使用SiO2水溶胶作为抛光磨料,通过加入非离子表面活性剂和螯合剂等,配制成一种碱性环境下的硬盘基片抛光液。

通过化学机械抛光试验,发现这种碱性SiO2抛光液在硬盘NiP基片抛光中具有250nm/min的抛光速率,抛光后的表面粗糙度为0.8nm,表面光滑,几乎观察不到划痕及其他微观缺陷。

【总页数】4页(P43-45)
【关键词】硬盘;磷化镍;化学机械抛光;粗糙度
【作者】刘长宇;刘玉岭;武晓玲;孙鸣;张伟
【作者单位】河北工业大学微电子研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN305
【相关文献】
1.碱性浆料下计算机硬盘NiP基板CMP机理的分析研究 [J], 田军;刘玉岭;王立发;唐文栋
2.用碱性纳米SiO2浆料对计算机硬盘NiP基板进行CMP超精密加工的研究 [J],
田军;刘玉岭;唐文栋;张国玲;王立发
3.抛光液各组分在SiO_2介质CMP中的作用机理分析 [J], 梁蒲;檀柏梅;刘玉岭;张研;陈婷
4.ULSI电路层间SiO_2介质CMP工艺与抛光液 [J], 孙鸣;刘玉岭;贾英茜;刘博;刘长宇
5.铜CMP中SiO_2抛光液的凝胶及其消除实验 [J], 王新;刘玉岭;康志龙
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化学机械抛光液(CMP)氧化铝抛光液具

化学机械抛光液（CMP）氧化铝抛光液一、行业的界定与分类 (2)（一）化学机械抛光 (2)1、化学机械抛光概念 (2)2、CMP工艺的基本原理 (2)3、CMP技术所采用的设备及消耗品 (2)4、CMP过程 (2)5、CMP技术的优势 (2)（二）化学机械抛光液 (3)1、化学机械抛光液概念 (3)2、化学机械抛光液的组成 (3)3、化学机械抛光液的分类 (3)4、CMP过程中对抛光液性能的要求 (3)（三）化学机械抛光液的应用领域 (3)二、原材料供应商 (4)三、化学机械抛光液行业现状 (4)（一）抛光液行业现状 (4)1、国际市场主要抛光液企业分析 (4)2、我国抛光液行业运行环境分析 (4)3、我国抛光液行业现状分析 (5)4、我国抛光液行业重点企业竞争分析 (5)（二）抛光液行业发展趋势 (5)（三）抛光液行业发展的问题 (5)四、需求商 (6)（一）半导体硅材料 (6)1、电子信息产业介绍 (6)2、半导体硅材料的简单介绍 (6)（二）分立器件行业 (7)（三）抛光片 (8)化学机械抛光液行业研究一、行业的界定与分类（一）化学机械抛光1、化学机械抛光概念化学机械抛光（英语：Chemical-Mechanical Polishing，缩写CMP），又称化学机械平坦化（英语：Chemical-Mechanical Planarization），是半导体器件制造工艺中的一种技术，用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。

2、CMP工艺的基本原理基本原理是将待抛光工件在一定的下压力及抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面。

3、CMP技术所采用的设备及消耗品主要包括，抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等，其中抛光液和抛光垫为消耗品。

CeO2／SiO2复合磨粒抛光性能及机制研究

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＷｕｘｉＪｉａｎｇｓｕ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｅｉｃｆｉｅｎｃｙｏｆｗａｆｅｒｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（ＣＭＰ），ｔｈｅｇｒｅｅｎｗａ－
ＣｅＯ２／ＳｉＯ２复合磨粒抛光性能及机制研究
张强黄国栋赵永武赵元元王永光
（江南大学机械工程学院江苏无锡２１４１２２）
摘要：为提高硅片抛光质量与效率，利用均相沉淀法制备ＣｅＯ：／ＳｉＯ复合磨粒，配制绿色环保水基型抛光液对硅片进行化学机械抛光，研究ｐＨ值、抛光时间、抛光速度、抛光压力等抛光工艺参数对硅片抛光性能的影响。结果表
ｐｏｌｉｓｈｉｎｇｔｉｍｅ，ｐｏｌｉｓｈｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｐＨｖａｌｕｅｏｆｐｏｌｉｓｈｉｎｇｓｌｕｒｒｙ，ａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｉｍｅｗｉｔｈｉｎａｃｅｒｔａｉｎｐｏｌｉｓｈｉｎｇｔｉｍｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｐｏｌｉｓｈｉｎｇｒａｔｅａｎｄｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｍａｔｅｒｉａｌｒｅｍｏｖａｌｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄ．ＴｈｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＣｅＯ２／ＳｉＯ２ｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｂｒａｓｉｖｅｓｌｕｒｒｙｉｓｔｈａｔｔｈｅｓｏｔｆｌａｙｅｒｅａｓｙｆｏｒｒｉｇｎｄｉｎｇｉｓｆｏｒｍｅｄｏｎｗａｆｅｒｓｕｒｆａｃｅｂｙ

化学机械抛光CMP技术概述

◼ 而且，CMP之后硅片表面留下的划痕可能聚集金属，这很难在标准的等离子体腐蚀液中去除。这些嵌入的充满金属的划痕有时叫做轨道，并且会造成以后金属线的短路。在钨CMP工艺中经常会发生，因为表面的钨一直去除到层间氧化层，而钨仅在通孔中存在。一旦钨被全部去除，硬的氧化铝颗粒会严重划伤二氧化硅表面。钨CMP后的清洗相当难，因为在典型工艺条件下钨颗粒上有的大的静电电位。一个稀释(100：1)氢氟酸清洗可用来去除许多更小的金属颗粒和留下的表面损伤。
◼ 平坦化的定性说明
4）局部平坦化：完全填充较小缝隙或局部区域。相对于平整区域的总台阶高度未显著减小
5）全局平坦化：局部平坦化且整个Si片表面总台阶高度显著减小
◼ 化学机械平坦化CMP
获取全局平坦化的一种手段是化学机械抛光(简称CMP)。这些设备的销售从1990年到1994年上升了三倍，从1994年到1997年上升了四倍。尽管最初它只是开发用于互连平坦化，今天它也用于像器件隔离这些工艺。在微电子制造的早期，最普遍的生产工艺是，先做一层厚的介质层，通常是使用旋涂或CVD法生长技术在器件表面形成一层玻璃，然后将硅片放在一种包含有胶质的磨料悬浮液和腐蚀剂的碱性膏剂中机械研磨。KOH和 NaOH是最常用的悬浮液的基体。典型的pH值大约是10，维持这个值，以便保持硅石颗粒的负向充电，便于避免形成大量的冻胶网状物。有时使用一种pH缓冲剂用于保证工艺的稳定性。所用颗粒的尺寸通常取决于所要求的去除速率。抛光膏剂之中的固态成分保持在(12~30)％。
◼ 对铜的化学机械抛光特别有趣，因为铜具有低的电阻率并且用等离子体特别难以刻蚀。所以铜的图形能够通过一种被称为Damascene工艺的CMP技术形成。铜可以在一种包含有直径为几百个纳米的颗粒的水状溶剂之中被抛光。典型的膏剂包含有铵氢氧化物，醋酸，双氧水，可获得高达每分钟1600nm的抛光速率。与钨不同，铜是一种软金属。机械效应在抛光过程中具有重大的影响。现已发现抛光速率与所加压力和相对线速度呈正比。盘的状况和压力应用机理对铜的CMP尤其重要。

cmp抛光液技术工艺

CMP抛光液技术工艺
CMP（化学机械抛光）是集成电路制造过程中至关重要的环节，用于实现晶圆表面的平坦化。

CMP抛光液作为CMP工艺的核心组成部分，其技术工艺的解析如下：
1. 工作原理：
CMP是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，从而使晶圆表面达到纳米级平坦化，确保下一步的光刻工艺得以顺利进行。

主要工作原理是在一定压力及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。

2. 工艺特点：
CMP抛光液是一种具有高技术壁垒的专用材料，其制备工艺复杂，专用性高，种类逐渐增加。

在纳米级的器件线路上，对不同材料的去除速率、选择比以及表面粗糙度和缺陷要求精准至纳米乃至分子级，高难工艺对抛光材料的性能提出更高的技术要求。

因此，CMP抛光材料专用性高，客户和供应商联合开发成为成功先决条件。

综上所述，CMP抛光液技术工艺需要高度结合机械研磨和化学反应来实现晶圆表面的平坦化，同时对工艺和材料的要求也非常高。

纳米SiO2抛光液的制备及在蓝宝石抛光中的应用

无划伤、无腐蚀坑，且粗糙度小于０．２ｎｍ。关键词：蓝宝石；氧化硅；抛光；ＬＥＤ；抛光液中图分类号：ＴＨ１１７文献标识码：Ａ文章编号：０２５４— ０１５０（２０１３）７— ０８８ — ４
ｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅｏｆａｓ－ｐｒｅｐｒｅａｄｓｌｕｒｒｙｏｎＬＥＤｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ，ｎｄａｔｈｅｐｏｌｉｓｈｅｄｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｆａｒｃｅｗａｓｉｎｓｐｅｃｔｅｄ
摘要：制备一种纳米氧化硅抛光液，采用扫描电子显微镜、激光粒度仪、颗粒计数仪等对其物性参数进行表征；使用该抛光液对ＬＥＤ蓝宝石衬底进行机械化学抛光，采用轮廓仪、表面缺陷检测设备、原子力显微镜等对抛光后的蓝宝石衬底表面进行表征。结果表明，制备的纳米氧化硅抛光液对ＬＥＤ蓝宝石衬底具有优异的抛光性能，抛光后的表面
ｂｙＦＲＴｐｒｏｉｆｌｏｍｅｔｅｒ，ＣａｎｄｅｌａｏｐｔｉｃｌａＳｕｆｒａｃｅａｎａｌｙｚｅｒ（ＯＳＡ），ａｎｄａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＡＦＭ）．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅ
２０１３年７月第３８卷第７期
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

cmp抛光液主要成分

cmp抛光液主要成分
CMP抛光液的主要成分包括磨料、缓冲液、抛光剂和添加剂等。
1.磨料：是CMP抛光液的主要成分，通常使用高纯度的硅粉或氧
化硅微粉。
2.缓冲液：主要作用是控制抛光过程的温度和压力，同时还可以
防止抛光过程中产生的微小颗粒对被加工表面造成二次损伤。
3.抛光剂：主要作用是提高抛光效率，加速表面去除速度。
4.添加剂：主要作用是调节抛光液的pH值，同时还可以起到防
锈、防腐蚀等作用。
此外，根据不同种类的CMP抛光液，其成分可能会有所不同，例
如某些CMP抛光液中可能含有氧化剂、抑制剂和表面活性剂等成分。

cmp抛光液金属离子含量

cmp抛光液金属离子含量CMP抛光液金属离子含量及其影响因素的综述一、引言CMP（化学机械抛光）是一种用于平坦化、光洁化和表面改性的关键工艺，广泛应用于半导体、光纤通信、光伏电池、光学器件等领域。

在CMP过程中，抛光液的组成和性能对于抛光效果有着至关重要的影响。

其中，金属离子的含量是影响CMP抛光液性能的重要因素之一。

本文将针对CMP抛光液金属离子含量及其影响因素进行全面评估，并对其进行深入探讨。

二、CMP抛光液金属离子的种类在CMP抛光液中，常见的金属离子包括铜离子、铝离子、钨离子等。

这些离子的存在会直接影响到CMP抛光液的导电性、氧化还原性和稳定性，进而影响抛光液的工艺性能和效果。

三、金属离子含量对CMP抛光液性能的影响金属离子含量的增加可能会引起CMP抛光液的电导率增加、粘附性增强以及氧化还原性的改变。

较高的电导率可以提高电流密度，加速磨料颗粒的去除速度，从而提高抛光效率。

另较高的粘附性有助于限制抛光液在处理区域内的扩散，增加其局部浓度，有利于抛光剂的抛光效果。

金属离子的存在还可能影响CMP抛光液的pH值，从而改变氧化还原反应的速率，进而影响抛光液对被抛光材料的选择性。

四、CMP抛光液中金属离子的来源与去除方法在CMP抛光液的使用过程中，金属离子的来源主要包括抛光剂材料的溶解、设备的腐蚀、被抛光材料的溶解等。

针对金属离子含量的控制，常见的去除方法包括盐析、离子交换树脂、电化学方法等。

这些方法以及其优缺点将在本文中进行详细的介绍与分析。

五、金属离子含量的测量方法准确地测量CMP抛光液中金属离子的含量对于工艺调控和质量控制至关重要。

本文将介绍比较常见的金属离子测量方法，如离子色谱法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体积法等，并分析它们的优缺点，以及适用的金属离子范围。

六、金属离子含量对CMP抛光液性能的优化与控制在实际应用中，通过合理调控CMP抛光液中金属离子的含量，可以优化CMP抛光过程，提高抛光效率和表面质量。

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二氧化硅介质层CMP抛光液研制及其性能研究集成电路（IC,Integrated Circuit）是电子信息产业的核心,是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术之一。

从IC制造过程中可以看到,无论是氧化层、阻挡层还是金属布线,都多次使用化学机械抛光（Chemical mechanical polishing or Chemicalmechanical planarization,简称CMP）技术。

目前CMP广泛应用于IC制造中,已成为半导体加工行业实现晶片全局平坦化的主流技术之一。

化学机械抛光技术是化学作用和机械作用相结合的技术,实际上其微观过程相当复杂,影响因素也很多,其中抛光液既影响CMP化学作用过程,又影响CMP机械作用过程,是影响CMP质量的决定性因素之一。

尽管CMP被认为是获得平坦化表面的最有效的方法之一,并且已经广泛应用于SiO2层间介质膜的制程之中,但目前对化学机械抛光
SiO2的过程变量作用机理、材料去除机理、抛光液中各成分的微观作用机理以及材料去除非均匀性形成机理等方面问题还没有完全弄清楚。

因此如何调整抛光液配方,控制材料去除率,获得更高的表面质量,建立更加完善的材料去除率模型,实现稳定的生产,满足下一代超薄介质膜的要求等,仍然是各国学者研究的热点及前沿问题。

本文针对SiO2介质膜化学机械抛光中抛光液特性及其作用机
理的研究现状及存在的问题,综合运用摩擦学、接触力学、物理化学、胶体化学及表面与界面物理等方面的理论,对二氧化硅CMP中抛光液的物理化学性质、抛光液成分的选择及其优化、抛光液中磨粒与晶片接触形式、晶片表面材料去除率、化学反应活化能的测量和计算等方面进行了细致研究。

首先,使用激光粒度仪和TEM观测了抛光液中磨粒的大小和形貌,研究了纳米磨粒在抛光液中和在抛光过
程中的存在形式,结果表明纳米磨粒在抛光液中存在一定的软团聚现象。

使用SEM、表面轮廓仪和微观显微镜等观测了抛光垫表面形貌和剖面微观组织结构及其他特性参数,为揭示材料去除机理,建立材料去除率模型提供参考。

同时确定了从抛光效果和抛光液本身稳定性两方面为本文中抛光液性能的评价指标,为配制抛光液明确了方向。

其次,分析了抛光液配方中各主要成分应必备的性质,以及它们在抛光液中的作用。

在优化抛光工艺参数的基础上,通过试验从候选的化学试剂和物质中找出抛光效果或作用效果最明显的一组基本成分,采用正交试验法优化各成分比例,最终确定配方为白炭黑30g（6.0%wt）,KOH1.0g（0.2%wt）,40%硅溶胶280ml （22.4%wt）,有机碱20ml（4.0%wt）,添加剂5g（1.0%wt）。

虽然本配方材料去除率仅达到同类产品的80%,但通过使用有机碱大大降低了金属离子含量,同时抛光表面粗糙度与同类产品相当。

然后,分析了表面活性剂的吸附模型和特性,以及其在抛光液中的各种作用。

使用紫外分光光度计、Zeta电位分析仪和激光粒度仪,根据EDLVO理论,通过试验对比不同分散剂的分散效果,确定使用多羟基聚合物分散剂D,浓度为
0.3wt%时,其分散效果最好,可以稳定半年左右。

然后,根据化学反应动力学方程,建立了二氧化硅介质膜抛光过程中化学反应速率方程,并根据化学反应活化能的基本原理,通过浸泡试验测量了SS25抛光液与晶片反应的静态化学反应活化能为67.406 kJ/mol,同时对比不同碱与二氧化硅介质膜反应的静态化学反应活化能,发现静态化学反应在整个去除率中所占的比重并不大,其他形式的作用能在CMP中起到了至关重要的作用。

接着,基于摩擦化学反应动力学,在修正阿伦尼乌斯公式的基础上,建立了考
虑摩擦效应在内的化学反应速率方程,并建立二氧化硅介质膜化学机械抛光总材料去除率模型,同时通过浸泡、变温抛光、压力和转速单因素试验等确定了材料去除模型。

结果表明在CMP过程中,摩擦产生的机械能并不是通过热能形式发生作用的,而是直接转化为化学能,即直接降低了化学反应活化能,产生一定的活化能降低量,从而大大提高了反应速率。

纯化学作用和纯机械作用在整个CMP去除量中所占比重很小可以忽略不计。

不同浓度通过对摩擦力和活化能降低量的影响,从而影响了温度和抛光效果的相关性,活化能降低量与摩擦力基本呈线性关系。

最后,根据SiO2颗粒在抛光过程中的纳米效应,建立了粘附去
除模型,并通过SS25抛光液和不同粒径抛光液循环抛光试验进行了验证。

实验结果表明:①介质膜表面二氧化硅在抛光液中的纳米二氧化硅磨粒的粘附作用和磨粒、抛光垫等的摩擦作用所产生的活化能降低量的共同作用下,内部化学键断裂,从而与内部脱离,产生去除作用。

②磨粒粒径在小于65nm左右时,磨粒粒径的增加所产生的粘附作用减小要小于随粒径的增加而产生的摩擦效应的增加,即增加粒径有助于提高粘附和摩擦的总效应,有助于提高材料去除率。

③磨粒粒径在65～80nm范围时,应该为过渡状态。

④在80nm～143nm范围时,随着粒径的增加,磨粒粘附所产生的摩擦力减小,磨粒划擦所产生的摩擦力增加,虽然总的摩擦力增加,但是粘附作用的大幅减小在总去除率上起决定作用,整体去除率下降。

⑤在143～160nm应该为过渡状态,磨粒粘附所产生的摩擦力进一步减小,磨粒划擦所产生的摩擦力增加不足以弥补粘附产生的减小量,总的摩擦力开始下降,整体去除率下降。

⑥在160nm以上时,划擦作用不仅在摩擦力上而且在去除率上起主导作用。

即磨粒的划擦作用在整个抛光过程中起决定性作用,这以后磨粒的粘附作用可以忽略不计,随着磨粒粒径的增加,去除率增加。