利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光工艺参数优化试验研究.pdf

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资源描述
制造技术/工艺装备
现代制造工程2010年第11期
利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械
抛光工艺参数优化试验研究
杨玉芝,许雪峰
(浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室,杭州310032)
摘要:为提高硅片抛光速率,提出利用复合糜粒抛光液对硅片进行化学机抛光。分析SiO2磨粒与某种氨基树脂粒子
在溶液中的相互作用机制,观察SiO2磨粒吸附在氨基树脂粒子表面的现象。通过向单一磨粒抛光液中加入聚合物粒子
的方法获得了复合磨粒抛光液。应用田口法对SiO2磨粒质量分数、氨基树脂粒子质量分数以及抛光速度三个影响硅片
材料去除率的工艺因素进行了优化分析,得到以材料去除率为评价条件的优化抛光工艺参数。试验结果表明:利用
5wt%的SiO2磨料、3wt%的氨基树脂粒子形成的复合磨粒抛光液,在抛光盘和载样盘的转速均为50r/min以及抛光压力
为22kPa的工艺条件下,对硅片进行地光的抛光速率达到353mm/min
关键词:化学机械抛光;硅片;复合磨粒地光液;聚合物粒子
中图分类号:TH11.1文献标识码:A文章编号:1671-3133(2010)11-0069-05
Experimental study on parameter optimization of silicon
wafer CMP using composite abrasives slurry
YANG Yu-zhi, XU Xue-feng
(Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032, China)
Abstract: In order to increase the materal removed rate of silicon waer composie abrasives slurry was used in Chemical Me-
chanical Polish ng(MP The meham of a betwee a aries and sin paticle was anal zd Small silica
abrasives were seen o at ach onto the surface of the resin particle. omposite abrasives slurry was obtained by adding polymer
part ces n in e aai T ame e e entrain of o i al ili cocation of polymer pati
cle and the speed of polishing, which influence the material removed rate of silicon wafer were analyzed by Taguchi method and
the optimal parameter we gained Ex menta suls nia ed at he mm me med rate f 5 m n was b-
tained when op mal a aramete of l a la, 3 l m a, mn e an car ation se we
selected
ey words: MP; si icon wafer composite abrasives slurry; polymer particle
0引言
物由磨粒的机槭作用去除,即在化学成膜和机械去膜
的交替过程中实现超精密表面的加工。在CMP过
20世纪60年代发展起来的化学机械抛光(Chem-程中,抛光液中的磨粒不仅对工件表面具有冲撞摩擦
ical Mechanical Polishing,CMP)是目前能够提供超大作用,同时对抛光中的化学反应具有引发催化作
规模集成电路制造过程中全面平坦化的一种新技术,用?,是影响抛光质量的关键因素之一。传统的抛光
也是芯片内联线表面全局平面化的唯一技术。CMP液一般只有一种磨粒,nm级的磨粒容易嵌入抛光垫
技术是机械研磨和化学腐蚀的组合技术,亚微米或纳的细小孔中,只有少量的磨粒与工件表面接触并进行
米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件和抛光垫之材料去除作用,材料去除率较低。
间流动,并产生化学反应,工件表面形成的化学反应
日本 Toshiba集团半导体公司以及JSR集团精密
浙江省自然科学基金资助项目(21080635)
万方数据
现代制造工程2010年第11期
制造技术/エ艺装备
电子研究实验室的研究人员在2001年研制了由无机混合,用去离子水稀释并机械搅拌,稀释后获得的复
磨粒(Al203)/有机粒子(树脂)组成的复合磨粒抛光合磨粒抛光液pH值为10.5,SiO2质量分数为3%
液,并对铝、铌及低k材料进行了CMP试验。与单一BGF微球质量分数为5%。用JEM1230型透射电子
磨料抛光液相比,该方法获得的抛光速率高,且表面显微镜(TEM)观察BGF微球与SiO2磨粒在溶液中的
质量好,材料去除均匀?。
吸附情况。
S.Amii等通过实验也验证了由PMMA/SiO2组1.2工艺参数优化试验
成的核壳式复合磨粒抛光液的材料去除率高且表面1.2.1试验条件
缺陷少
1)抛光机:以沈阳科晶设备制造有限公司生产的
由于在复合磨粒抛光液中同时具有磨粒和聚合 UNIPOL-1260型无级变速阓压高精度研磨抛光机为抛
物粒子,并且小粒径的磨粒大量吸附在大粒径的聚合光试验平台。使用直径为380mm的聚氨酯抛光垫,
物粒子表面,所以抛光区域内的有效磨粒数增多,机抛光压力为18kPa,抛光时间为60mino
械去除作用增强。复合磨粒抛光液的CMP示意图如
2)抛光液:采用FAO/S8010型SiO2磨粒硅片抛光
图1所示?。同时,聚合物粒子在抛光垫与工件之间液。使用同型号无SiO2磨粒的抛光液配制具有不同
起到无数个微型抛光垫的作用,并使抛光垫和工件表SO2磨粒质量分数(分别为3%、5%和7%)但化学成
面之间具有一定的间隙,使抛光液的润滑作用加强,分相同的抛光液。在上述抛光液中加人BCF微球,调
抛光液在抛光区域中的流动更顺畅,化学反应更加充配成复合磨粒抛光液,并使BCF微球的质量分数分别
分,抛光生成物的排出也更方便,从而抛光速率得到为1%、3%和5%。抛光时,复合磨粒抛光液的流量为
提高。
35ml/mino
3)抛光盘与载样盘的转速:根据平面成形理论,
工件
工件与抛光盘转速相同时,工件表面的材料去除均
匀,工件面形向理想平面收敛。因此,取抛光盘与
载样盘的转速一致,分别为30r/min、50r/min和
70r/min
抛光垫
4)抛光材料:采用规格为33mmx33mm的P(1,
1,1)型单晶硅片,厚度为525±10pm,表面粗糙度为
图1复合磨粒抛光液的CMP示意图
Ra0.13um,每次两片,并用石蜡将其对称粘贴在载样
基于这一抛光机理,本文选用苯代三聚氰胺甲醛盘上。加工前后硅片厚度用測量精度为1um的高度
粒子(BGF),分析抛光液中磨粒、聚合物粒子相互作测量仪进行测量,利用前后厚度差计算得出抛光去除
用的机制,观察Si01磨粒吸附在BGF微球表面的现率。
象;在此基础上利用复合磨粒抛光液对硅片进行抛光1.2.2试验设计
试验,并在试验中以抛光液中SiO2的磨粒质量分数、
试验因子及水平:在试验中,以材料去除率
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