基于磨损行为的单晶硅片化学机械抛光.PDF

维普资讯 第28卷 第2期 摩 擦 学 学 报 Vol28。 No2 2008年3月 TRIBOLOGY March，2008 基于磨损行为的单晶硅片化学机械抛光 界面接触形式研究 苏建修。，杜家熙。，陈锡渠 ，张学良。，郭东明 (1．河南科技学院 机电学院，河南 新乡 453003； 2．大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁 大连 I16024) 摘要：设计了3种不同的抛光液并进行一系列抛光试验，得到机械、化学及其交互作用所引起的材料去除率 ，分析了 化学机械抛光时硅片与抛光垫之间接触形式的判别方法及其抛光机理．结果表明：化学机械抛光中的主要作用为磨粒 的机械作用；材料的去除率主要为磨粒与抛光液交互作用所引起的材料去除率 ；硅片表面材料的去除形式主要为化学 作用下的二体磨粒磨损 ；化学机械抛光时硅片与抛光垫之间的接触形式为实体接触． 关键词：化学机械抛光；材料去除机理；材料去除率；磨粒磨损；接触形式 中圈分类号：TN305，1+2；TH117，3 文献标识码：A 文章编号 ：1004-0595(2008)02-0108-04 化学机械抛光 (CMP)技术已成为超大规模集 干 ，在美国CETR公司产 CP-4型抛光机上进行抛光 成电路(ULSI)制造中不可缺少的平坦化技术，但硅 试验．抛光机放置在 1000级超净室中，环境温度控 片CMP的材料去除机理还没有完全弄清楚Ll]．探 制在 22℃左右．抛光垫为 Rodel公司产 IC一1000／ 索CMP机理对提高 CMP技术十分重要L4J，而掌握 SubaIV型平抛光垫，试验用水为 18．24MQ 的去离 CMP过程中硅片与抛光垫之间的接触形式是认识 子水．采用的3种不同抛光液均 由天津晶岭电子材 和理解硅片CMP材料去除机理的前提． 料科技有限公司生产，分别用代号 S1、S2及 S3表 目前，在硅片CMP材料去除机理的研究中，有 示，其中S1为FA／O标准单晶硅抛光液 (国家发明 的研究者认为硅片与抛光垫之间为实体接触 ； 专利，已投放市场，抛光液 pH值为 10左右，其磨粒 有的研究者认为硅片与抛光垫之间充满抛光液，抛 为SiO，直径约80am)；s2为纯磨粒抛光液 (即标 光液的流体动压完全能够将硅片浮起，硅片与抛光 准抛光液中加去离子水配制，磨粒含量同S1)；S3 垫之间为非接触 ；还有的研究者认为是半接触， 为无磨粒抛光液(化学成分及含量同S1)． 作用于硅片上的外载荷 由抛光垫和抛光液共同承 1．2 试验参数 担 ¨01“J．因此，必须弄清楚硅片与抛光垫之间的接 在硅片CMP过程中，抛光压力在 2．07×10 ～ 触形式，从而更好地了解硅片CMP过程中的去除机 6．89×10N／m 范围内，一般为 3．45～4．14N／ [4，m] 理 ． ITI ，所以取抛光压力P0=4．14N／m ，根据硅片 本文作者设计了3种不同的抛光液进行一系列 CMP实际工作条件及试验机台的实际情况选择抛 抛光试验，得到各机械、化学及其交互作用所引起的 光参数为：中心距 e=60mm，抛光头摆动范围A。= 材料去除率，并分析其抛光机理． 10mm，抛光头匀速摆动，速度为 =2．5mm／s，抛