抛光垫特性及其对化学机械抛光效果影响的研究

【摘要】：随着超大规模集成电路(ULSI)制造技术的发展,作为衬底材料硅片的尺寸越来越大,特征尺寸越来越小,对硅衬底抛光片抛光质量的要求也越来越高。虽然目前化学机械抛光(CMP)技术广泛应用于硅衬底抛光和多层布线中的层间平坦化加工中,但在实际生产过程中仍存在抛光效率低、加工质量重复性差、成品率低等问题,因此应针对影响CMP过程的因素及其对抛光效果的影响规律进行深入研究。抛光垫作为CMP系统的重要组成部分,其性能直接影响CMP过程及抛光效果。 本文首先在根据抛光垫特性参数的各自不同特点,确定了可行的检测方案,并对厚度、密度、硬度、压缩比、回弹率、孔隙率、沟槽、表面粗糙度以及抛光液的承载能力等影响抛光垫性能的主要特性参数进行了检测和评价,为研究抛光垫特性与抛光效果之间的关系提供了基本数据。 在此基础上,以CP-4型桌面式CMP试验台为平台采用正交实验法,确定了抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量、抛光头的摆动幅度及抛光头的摆动速度等工艺参数的最佳范围,并通过单因素实验法研究了这些工艺参数对抛光速率和抛光硅片表面粗糙度的影响规律,得到了相应的影响关系曲线。 在以上研究工作基础上,通过大量的抛光试验,针对抛光垫的不同特性参数,如压缩比、粗糙度、回弹率、孔隙率等对抛光速率和硅片表面粗糙度的影响规律,总结出在本实验条件下的理想的抛光垫特性参数。 最后通过抛光垫修整工艺实验,研究修整轮转数、修整时间等修整工艺参数对抛光垫的表面粗糙度、回弹率等的影响规律,探索了基于抛光垫修整法改善抛光垫性能的工艺方法。