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摘要
本文研究了氧化剂浓度、pH 值和浆料流速对 Si (1 0 0) 晶片化学机械抛光 (CMP) 中材料去除率 (MRR) 的影响。CMP 在碱性浆液中使用氧化铝和氧化铈颗粒与过氧化氢进行。发现两种颗粒材料的应用导致了非常不同的结果。当使用氧化铝颗粒时，MRR 最初随着浆液 pH 值的增加而降低，直到 pH = 9。然而，在浆液的 pH 值达到 10 之前，使用二氧化铈颗粒会增加 MRR。影响是由于颗粒团聚和氧化剂浆料与晶片表面的接触角减小；而后者是由粒子团聚和三价二氧化铈离子的改性引起的。无论颗粒类型如何，浆液流速和氧化剂浓度的影响是相似的——更高的流速或更高的氧化剂浓度会在达到平台之前带来更大的 MRR。其中许多是通过分子尺度上的粘合剂去除机制来解释的。
介绍
由于其全局平坦化能力，化学机械抛光（CMP）是目前集成电路制造中的主要加工方法。在 CMP 工艺中，将旋转的晶圆压在旋转的抛光垫上，同时将包含一些化学试剂和磨粒的浆料送入晶圆-抛光垫相互作用区。耦合的化学-机械相互作用被认为是抛光过程中材料去除的原因，然而，CMP 中使用的一些化学品是有毒的，这会增加生产成本、产生有毒化学品的处置问题并造成污染。对 CMP 中化学作用的深入了解可以为工艺优化提供一些见解，并在保持高去除率的同时减少化学品的使用。
图1 泥浆流速对 MRR 的影响。曲线(a)：含Al2O3 磨料的浆液，曲线(b)：含CeO2 磨料的浆液
pH值对MRR的影响
使用 Al2O3 和 CeO2 浆料的最低去除率分别为 pH 9 和 7。这可以归因于上一节中讨论的不同 pH 值下颗粒的聚集。
当使用 Al2O3 浆料时，当 pH 值大于 9 时，MRR 增加。这可能是由于接触角的变化。使用接触角计 (JC 2000A) 研究了 pH 值对 Si (1 0 0) 晶片 CMP 接触角的影响，pH 值的增加会降低接触角。这说明了 MRR 随着 pH 值的增加而增加。图 3 表明 pH 值进一步增加超过 11 不会提高 MRR，这可能是由于恒定的磨料浓度限制了磨料颗粒和晶片表面之间机械相互作用的频率。
图 4 光谱分析中避免氧化铈颗粒团聚的方法
光谱分析
上述分析可以间接得到光谱学的支持。由于颗粒在 pH = 7 时容易团聚，因此制作了一个动态石英盒来表征氧化铈浆料，如图所示图 4.料浆在箱体内由下向上流动，避免颗粒团聚。只有透光的表面是由石英构成的，其他表面是由玻璃构成的。图 5 描述了不同化学条件下氧化铈浆料的透射光谱。Ce3+ 和 Ce4+ 离子的透射率位置不同，分别位于 340 和 360 nm 附近区域，分别位于与公布的数据一致 。
图 5 不同化学条件下氧化铈浆料的透射光谱。(a) pH = 7, 0.4% H2O2, (b) pH = 10, 0.4% H2O2, (c) pH = 7, 1% H2O2, (d) pH = 7, 2% H2O2, (e) pH = 11 , 0.4% H2O2
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