选择性抛光液的研究.doc

选择性抛光液的研究 IC制造与设备电子工业毫用设备- 选择性抛光液的研究 刘涛,于高洋,周国安 (中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京东燕郊101601) 摘要:抛光液是化学机械平坦化的关键耗材,而针对STI和铜线的抛光,通常使用选择性抛光 液.采用二氧化铈作为研磨颗粒的第二代抛光液,具有自动停止的特点.配合粗抛和精抛,能够十 分有效解决目前STI存在的.7-艺缺点.而针对铜线的抛光,介绍了有机物作为研磨颗粒的抛光 液,具备十分卓越的选择比.高产出和低缺陷.将是今后重点发展的产品类型之一. 关键词:化学机械抛光;浅沟道隔离;抛光液;二氧化铈;有机物 中图分类号:TN305.2文献标识码:A文章编号:l004—4507(2009)06.0036—04 ResearchabouttheSelectiveSlurry LIUTao,YUGaoyang,ZHOUGuoan (The45thInsituteofCETC,BeijingEastYa@ao065201chin~) Abstract:slurryistheimportantconsumematerialofCMP,topolishtheST!andcopperwire,usually usingtheselectiveslurry.WecansolvetheprocessproblemofSTIbyusingthesecondgeneration Ce02astheslurry,whichhasautostoppingcharacteristic,combiningwithtwosteppolish:primary polishandfinalpolish.topolishthecopperwire,Weselectivetheorganicparticleslurry,whichhas excellentselectiverate,andhighthroughputwithlowdefect,itSlikelya8theimportantdeveloping productinthefuture. Keywords:CMP;STI;Slurry;CeO2;Organicparticle Slurry(抛光液)是CMP的关键要素之一,其性 能直接影响抛光后表面的质量.Slurry一般由超细 固体粒子研磨剂(如纳米级SiO:,A1O粒子等),表 面活性剂,稳定剂,氧化剂等组成.固体粒子提供研 磨作用,化学氧化剂提供腐蚀溶解作用.影响去除 速度的因素有:Slurry的化学成分,浓度;磨粒的种 类,大小,形状及浓度;Slurry的黏度,pH值,流速, 流动途径等. 抛光液加工特有的性质使得很难阐明抛光液 对特殊抛光薄膜的确切影响.因此,抛光液对晶片 抛光垫接触面的作用可能是整个半导体工艺技术 中认识最少的机理[11.理想的CMP抛光液能够实 现高去除速率,极佳的全局平坦化,抗腐蚀f金属情 况,尤其是铜),优良磨光的性能,低缺陷和高选择 收稿日期:2009.05—20 作者简介:刘涛(1966.),男,高级工程师,机械设计专业,目前主要从事高亮度LED蓝宝石衬底材料抛光设备研究. -电子工业苣用设备 IC制造与设备 性. 抛光液的选择性越高,对于一个特殊cMP工 艺步骤的终点检测越有效.因为正在被抛光的材料 和其下面一层因摩擦性质而有一个明显的改变.其 选择性是设计任何抛光液的一个非常重要的标准. 对于STI(浅沟道隔离),使用的抛光液需要对正在 平坦化的氧化物起作用,而对下层的氮化物不起作 用.对于Cu的抛光,抛光液需要对Cu具有选择 性,不损害阻挡层Ta和下层硅或low.k材料. 1抛光原理及抛光液分布系统 化学机械平坦化(CMP)是一种表面全局平坦 化技术,一般认为,平坦区域长度小于l0m为局 部平坦化,大于10Ixm为全局平坦化,CMP技术能 够明显减少外形的变化[,平坦效果达到纳米级别. CMP技术是利用掺有极小研磨颗粒的化学溶 液来改变硅片表面的化学键,并加以机械式研磨, 以获得硅片表面平坦化的一种化学与机械相结合 的技术.其具体实现原理如图1所示. 抛光头抛光液分布于抛光垫上 抛光台 图1CMP设备简图 化学机械抛光设备的基本组成部分是一个旋 转的抛光头和抛光台.在含磨料颗粒的抛光液的帮 助下实施抛光.其中抛光头提供下压力和背压,而 有的抛光台根据工艺需要可提供相对稳定的控制 温度,在二者配合下,完成超高精度的表面平坦.化 学机械平坦化不仅对光刻十分必要,且可以显着提 高器件的可靠性,速度和成品率等. 抛光液分布系统对于整个CMP过程也起着至 关重要的作用.一方面,要求供给系统不能对抛光 液产生额外的污染;另一方面,最好做到不问断供 给. 通常的抛光液分布系统如图