超精密表面化學機械拋光材料去除機理的研究進展

超精密表面化學機械拋光材料去除機理的研究進展

在電子行業(yè)中，有兩個主要行業(yè)發(fā)揮著主導作用的作用：電子產(chǎn)品和計算機制造。它們相輔相成，相互作用，快速增長，顯示出高水平和高性能的發(fā)展趨勢，并對許多表面提出了前所未有的特殊要求。例如，計算機硬盤件的數(shù)量應為77.55155gb/cm。1用于電路ic制造的cmp1.1拋光質量對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基本工藝過程,拋光質量直接影響擊穿特性、界面態(tài)和少子壽命,對后續(xù)制造工藝質量起決定作用.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,因為低介電常數(shù)k材料良好的機械性能、熱穩(wěn)定性和熱傳導性能,部分研究者已致力于低介電常數(shù)k材料代替SiO1.3cmp過程的機理金屬拋光機理與SiOKaufman等人近幾年來,在ULSI制造中出現(xiàn)W被Cu代替的趨勢,相應已有大量相關的Cu拋光機理的研究可以發(fā)現(xiàn),上述Cu-CMP材料去除機理的研究僅涉及某一方面或幾方面因素,不能真實反映CMP過程.Gotkis等人因為鉭(Ta)在銅互連線IC制造中的較好阻擋效果,Ta的CMP機理已得到越來越多的研究.Ta的去除機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.在計算機硬盤中,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到埃量級時,已接近拋光加工的極限,該方面的研究技術和理論都是國際公認的難題.同時該領域研究的保密性極高,有關其表面材料去除機理研究的報道極少.在硬盤片拋光研究方面,雒建斌3cmp過程的實驗和分析數(shù)值計算的應力偶模型以及分子動力學模擬可以克服實驗和測試的局限,在CMP機理研究中得到大量應用,目前已成為一個活躍的領域.早在1927年,Preston從上述實驗和理論研究可以發(fā)現(xiàn),幾乎所有材料去除機理的研究首先是研究拋光材料或拋光工藝參數(shù)的變化對拋光去除率的影響,然后從中推測出物理或數(shù)學模型,最后再將模型應用于有限的實驗中驗證.采用這些模型對揭示CMP加工過程的本質還存在相當?shù)木窒扌?迄今為止仍沒有能完整描述CMP材料去除機理的模型,這與不能從大量拋光因素中準確提煉出關聯(lián)機理的信息密切相關.因此,有必要首先對拋光過程中一些本質問題(如顆粒與拋光表面相互作用)進行研究,然后在此基礎上展開對拋光機理的探索.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,還是計算機磁頭/磁盤,盡管它們的拋光機理均未得到清楚的認識,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行試驗都表明不可能得到要求的拋光去除率,從而說明機械作用在全局平面化中的重要作用.CMP過程中的機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理已得到廣泛認可,可是Moon在考慮表面分子結合能基礎上,Pietsch5cmp過程的研究CMP過程是發(fā)生在微納米尺度上一個動態(tài)過程,是在一定運行條件下諸多因素的綜合作用效果.材料去除機理的研究可能涉及到研磨過程、腐蝕過程、電化學、流體動力學等,另外,新材料的層出不窮(如Cu、Cu合金、擴散阻擋層、低k介電層聚合物和有機硅玻璃材料等),拋光研究已成為一個非?；钴S的領域,這些新材料拋光實質上更加復雜.這與CMP的實際應用水平嚴重失調(diào).因此,要實現(xiàn)拋光材料去除機理研究的突破,可以從以下幾個科學問題開展研究:(1)拋光表面與單個研磨顆粒間的物理化學行為研究.消除其他因素的耦合效應,獨立研究拋光表面與單個顆粒間的相互作用規(guī)律,如采用AFM技術去研究單個顆粒與拋光表面間的相互作用及其在不同拋光液下對去除率的影響.(2)拋光表面與研磨顆粒間的粘著和碰撞問題研究.設計模擬CMP過程的強化實驗,研究發(fā)生在