超精密表面化學(xué)機(jī)械拋光材料去除機(jī)理的研究進(jìn)展

超精密表面化學(xué)機(jī)械拋光材料去除機(jī)理的研究進(jìn)展

在電子行業(yè)中，有兩個(gè)主要行業(yè)發(fā)揮著主導(dǎo)作用的作用：電子產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)制造。它們相輔相成，相互作用，快速增長(zhǎng)，顯示出高水平和高性能的發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)許多表面提出了前所未有的特殊要求。例如，計(jì)算機(jī)硬盤件的數(shù)量應(yīng)為77.55155gb/cm。1用于電路ic制造的cmp1.1拋光質(zhì)量對(duì)制造面的影響硅襯底片CMP是獲到高平整度、無缺陷和高反射表面的一個(gè)基本工藝過程,拋光質(zhì)量直接影響擊穿特性、界面態(tài)和少子壽命,對(duì)后續(xù)制造工藝質(zhì)量起決定作用.早在1990年,CookGraf等人1.2低介電常數(shù)材料可替代性目前,在ULSI中通常采用SiO近年來,因?yàn)榈徒殡姵?shù)k材料良好的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性能,部分研究者已致力于低介電常數(shù)k材料代替SiO1.3cmp過程的機(jī)理金屬拋光機(jī)理與SiOKaufman等人近幾年來,在ULSI制造中出現(xiàn)W被Cu代替的趨勢(shì),相應(yīng)已有大量相關(guān)的Cu拋光機(jī)理的研究可以發(fā)現(xiàn),上述Cu-CMP材料去除機(jī)理的研究?jī)H涉及某一方面或幾方面因素,不能真實(shí)反映CMP過程.Gotkis等人因?yàn)殂g(Ta)在銅互連線IC制造中的較好阻擋效果,Ta的CMP機(jī)理已得到越來越多的研究.Ta的去除機(jī)理與其他金屬材料類似,主要表現(xiàn)為表面鈍化層的形成和去除2表面粗糙度和表面粗糙度.在計(jì)算機(jī)硬盤中,磁頭、磁盤的表面粗糙度、波紋度和納米劃痕不僅影響磁頭的飛行穩(wěn)定性,而且影響表面的抗腐蝕性.下一代磁頭要求表面粗糙度和波紋度達(dá)到埃量級(jí)時(shí),已接近拋光加工的極限,該方面的研究技術(shù)和理論都是國(guó)際公認(rèn)的難題.同時(shí)該領(lǐng)域研究的保密性極高,有關(guān)其表面材料去除機(jī)理研究的報(bào)道極少.在硬盤片拋光研究方面,雒建斌3cmp過程的實(shí)驗(yàn)和分析數(shù)值計(jì)算的應(yīng)力偶模型以及分子動(dòng)力學(xué)模擬可以克服實(shí)驗(yàn)和測(cè)試的局限,在CMP機(jī)理研究中得到大量應(yīng)用,目前已成為一個(gè)活躍的領(lǐng)域.早在1927年,Preston從上述實(shí)驗(yàn)和理論研究可以發(fā)現(xiàn),幾乎所有材料去除機(jī)理的研究首先是研究拋光材料或拋光工藝參數(shù)的變化對(duì)拋光去除率的影響,然后從中推測(cè)出物理或數(shù)學(xué)模型,最后再將模型應(yīng)用于有限的實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證.采用這些模型對(duì)揭示CMP加工過程的本質(zhì)還存在相當(dāng)?shù)木窒扌?迄今為止仍沒有能完整描述CMP材料去除機(jī)理的模型,這與不能從大量拋光因素中準(zhǔn)確提煉出關(guān)聯(lián)機(jī)理的信息密切相關(guān).因此,有必要首先對(duì)拋光過程中一些本質(zhì)問題(如顆粒與拋光表面相互作用)進(jìn)行研究,然后在此基礎(chǔ)上展開對(duì)拋光機(jī)理的探索.4cmp過程中顆粒與拋光片表面相互作用無論集成電路中Si襯底、介電層、金屬層,還是計(jì)算機(jī)磁頭/磁盤,盡管它們的拋光機(jī)理均未得到清楚的認(rèn)識(shí),可是,在沒有氧化劑條件或沒有研磨顆粒條件下的拋光液中進(jìn)行試驗(yàn)都表明不可能得到要求的拋光去除率,從而說明機(jī)械作用在全局平面化中的重要作用.CMP過程中的機(jī)械作用通常在兩種典型的接觸模式在這兩種接觸條件下,拋光高速旋轉(zhuǎn)下的顆粒和拋光墊粗糙峰與拋光表面間的材料去除磨損機(jī)制主要包括磨粒磨損、粘著磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損盡管材料磨損去除機(jī)理已得到廣泛認(rèn)可,可是Moon在考慮表面分子結(jié)合能基礎(chǔ)上,Pietsch5cmp過程的研究CMP過程是發(fā)生在微納米尺度上一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,是在一定運(yùn)行條件下諸多因素的綜合作用效果.材料去除機(jī)理的研究可能涉及到研磨過程、腐蝕過程、電化學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)等,另外,新材料的層出不窮(如Cu、Cu合金、擴(kuò)散阻擋層、低k介電層聚合物和有機(jī)硅玻璃材料等),拋光研究已成為一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域,這些新材料拋光實(shí)質(zhì)上更加復(fù)雜.這與CMP的實(shí)際應(yīng)用水平嚴(yán)重失調(diào).因此,要實(shí)現(xiàn)拋光材料去除機(jī)理研究的突破,可以從以下幾個(gè)科學(xué)問題開展研究:(1)拋光表面與單個(gè)研磨顆粒間的物理化學(xué)行為研究.消除其他因素的耦合效應(yīng),獨(dú)立研究拋光表面與單個(gè)顆粒間的相互作用規(guī)律,如采用AFM技術(shù)去研究單個(gè)顆粒與拋光表面間的相互作用及其在不同拋光液下對(duì)去除率的影響.(2)拋光表面與研磨顆粒間的粘著和碰撞問題研究.設(shè)計(jì)模擬CMP過程的強(qiáng)化實(shí)驗(yàn),研究發(fā)生在