单晶硅片CMP磨损机理的模拟试验研究

摘要

化学机械抛光是芯片制造过程中频繁使用的最重要的工序之一，对于提高芯片的成品率和加工质量以及保证芯片的使用性能和使用寿命具有极其重要的作用，也是是当今的亚微米集成电路芯片同时保持整体和局部平面化的一项最为重要的技术。随着芯片(晶圆)尺寸的不断增大和集成度的不断提高，对CMP技术提出越来越高的要求，因此对这一领域的研究愈来愈受到重视。 然而，由于CMP过程中是一个典型的材料化学磨损过程，其机理涉及到摩擦学、力学、材料、表面物理和化学等多学科，使得对CMP的去除机理的研究至今仍没有定论。本文在提出单原子/分子层吸附去除机理的基础上，建立了单颗磨粒的去除模型，试验研究了该模型的合理性及影响因素，通过对CMP抛光过程中抛光垫、磨粒以及抛光液中的化学氧化作用的分析，最终建立了CMP宏观去除模型。 本文得到的主要结论是： 1.在CMP模型理论分析以及CMP试验研究的基础上，提出了基于单分子/原子去除机理的单颗磨粒的去除模型，通过纳米压痕试验，验证了其合理性；通过原子力显微镜的动态扫描模拟试验，根据模型预测值与模拟试验值的对比分析，提出了分子/原子吸附率这一参数，使模型预测更为准确。 2.分别考虑了CMP过程中抛光垫与材料的接触特性、磨粒特性以及抛光液中的氧化作用特性，在单颗磨粒的去除模型基础上建立了CMP宏观去除模型；该模型可较好的解释CMP过程中的化学氧化和机械吸附的协同作用以及预测CMP过程中加载载荷、磨粒的影响。

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英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源及研究目的

1.1.1课题来源

1.1.2研究目的

1.2研究背景及现存问题

1.2.1研究背景

1.2.2理论研究

1.2.3试验研究

1.3本论文研究的主要内容

本章参考文献

第二章单颗磨粒的去除机理与数学模型

2.1材料表面去除机理

2.1.1经典摩擦磨损机理

2.1.2 CMP中应力接触模型

2.1.3芯片表面材料去除模型

2.2单颗磨粒在芯片表面的单分子层材料吸附去除机理

2.3单颗磨粒去除的数学模型

2.3.1单颗磨粒的压入深度

2.3.2单颗磨粒的去除率

本章参考文献

第三章单颗磨粒的微观模拟试验

3.1纳米压痕仪压痕试验

3.1.1纳米压痕仪工作原理

3.1.2 TRIBO INDENTER纳米压痕试验

3.2原子力显微镜(AFM)模拟试验

3.2.1原子力显微镜(AFM)

3.2.2 AFM探针模拟试验

本章参考文献

第四章CMP的宏观去除模型

4.1抛光盘与芯片的微观接触特性分析

4.2磨粒特性分析

4.2.1平均粒径与粒径尺寸分布度

4.2.2磨粒的自身变形量对磨料嵌入深度的影响

4.3抛光液的化学反应特性分析

4.4 CMP过程的宏观去除模型

4.5 CMP宏观去除模型的验证

本章参考文献

第五章结论与展望

5.1结论

5.2不足之处与展望

读研期间发表的论文清单

致谢