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化学机械抛光中材料去除非均匀性及因子分析

2014-03-12 2页 pdf 555KB 22阅读

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化学机械抛光中材料去除非均匀性及因子分析 XINCAILIAOXINZHUANGSH|I 一豁材料新装锈 化学机械抛光中材料去除非均匀性及 因子分析 王恩泽韩博 (沈阳地铁集团有限公司运营分公司辽宁省沈阳市110000) 摘要:现阶段,在化学机械抛光当中所涉及到的晶圆表面材料,所去除的一些非均匀性,是相对抛光质量而言影响力度较大的核 心因素之一。材料在去除非均匀性方面,与上层布线的总体质量有着直接的联系。利用对晶圆表面和抛光垫表面异同的接触情况下进 行探究,会显示出晶圆和抛光垫之间的摩擦系数。通过因子设计方法具体探究了对晶圆表面材料方面,直接影响了去除非均...
化学机械抛光中材料去除非均匀性及因子分析
XINCAILIAOXINZHUANGSH|I 一豁新装锈 化学机械抛光中材料去除非均匀性及 因子分析 王恩泽韩博 (沈阳地铁集团有限公司运营分公司辽宁省沈阳市110000) 摘要:现阶段,在化学机械抛光当中所涉及到的晶圆表面材料,所去除的一些非均匀性,是相对抛光质量而言影响力度较大的核 心因素之一。材料在去除非均匀性方面,与上层布线的总体质量有着直接的联系。利用对晶圆表面和抛光垫表面异同的接触情况下进 行探究,会显示出晶圆和抛光垫之间的摩擦系数。通过因子设计方法具体探究了对晶圆表面材料方面,直接影响了去除非均匀性的工 艺参数水平,给予化学机械抛光工艺相应的理论依据,以此来实现工艺的优化。本文以化学机械抛光中材料去除非均匀性及因子分析 为基本点,进行详细的探究。 关键词:化学机械抛光;非均匀性;因子分析 在制造较大规模的集成电路当中,以现如今而言,化学机械 抛光技术是能够达成多层布线金属互连结构的工艺当中,局部和 全局基于平坦形式的理想手段。晶圆表面材料将非均匀性去除, 是化学机械抛光工艺所面对的较为重要的问。在晶圆表面材料 去除非均匀性的大小,在一定程度上是对多层布线质量的重要影 响要素。 一、分析接触摩擦学 1.1分析混合模型摩擦学 在固体与固体接触、固体与流体接触的状态中间,会产生中 间状态,也就是混合状态。其中的摩擦系数是流体动力润滑状态 和晶圆与抛光垫直接接触状态摩擦系数中的加权平均值: 斗=d斗。+p卜p+[1一(Or.一p)】斗l 在上式中的斗.是颗粒与晶圆接触时的摩擦系数;d所代表 的是抛光颗粒与晶圆接触的面积比例;B所表示的是抛光垫粗糙 峰与晶圆接触的面积比例。“,所表示的是抛光液所存在的剪切 系数。在摩擦的系数范围上是10~~10-3之间。 1.2分析晶圆和抛光垫直接接触状态摩擦学 当在晶圆中产生较大压力的情况下,同时面对较小的速度 时,在晶圆和抛光垫表面之间所产生的抛光液,不能够生成能够 分开表面的流体膜。并且在晶圆中所体现的下压力经过粗糙峰传 到抛光盘中.如图1所示: 图1抛光垫晶圆直接接触 若摩擦与库伦摩擦定律相符,那么参与到材料去除的颗粒数 目、表面形貌、抛光垫材料、晶圆等因素就能够制约摩擦系数。 可是,库伦摩擦系数与抛光液黏度、晶圆变形以及相对速度没有 联系。晶圆与抛光垫直接接触时的状态,所产生的系数是在10。 量级中川。 二、分析晶圆表面材料去除非均匀性 把三种接触状态不同的材料,转化成不同摩擦系数的晶圆与 抛光垫直接的接触。把抛光接触的不同状态看做不同状态下的摩 擦系数,继而把抛光液中所显示的作用转化为晶圆和抛光垫表面 之间的相应摩擦力。 2.1抛光垫与晶圆接触状态对晶圆表面非均匀性所产生的 影响 抛光液所具备的作用方面,能够理解为抛光液与晶圆之间的 摩擦力作用。所以,抛光液在对于晶圆表面非均匀性的相应影响, 能够体现为不同的摩擦系数所突出的作用。具体拟定了 0.02069MPa为下压力的取值,2.29MPa是抛光垫弹性模量的取 值,摩擦的系数方面分别是0-8、0.6、0.3、0.001。表l中是不 同抛光液状态下的R、盯。、盯一,也就是晶圆表面非均匀性、von Mises应力以及最大yonMises应力。在表1中能够体现出,在不 断的增加摩擦系数的过程中,也会增加晶圆表面的非均匀性81。 表1不同抛光液状态下的R、盯。、仃一 0.6 0.011822 0.0156381.33045757 0.3 0.011815 0.0157291.32354433 0.00l 0.011815 0.0151051.27843509 按照Greenwood—Williamson模型,能够证明材料的去除率不 是平均的接触应力,而是局部的接触应力。不断增加下压力可以 随之加大平均接触应力,可是分布接触应力的相应规律能够基本 上体现m相同的模式。增大局部的接触压力,能够强化参与材料 所去除的颗粒数,还能够强化局部接触面积,继而加大去除率。 在一定程度上局部接触应力和局部材料去除率需要成反比。所 以,存在越大的接触应力变化率,就说明会产生越大的晶圆表面 非均匀性。材料下压力和去除率成反比,加大下压力能够有效的 提升工艺去除的相应速度,并且能够保证抛光垫与铜表面接触。 可是,在下压力逐渐增大的过程中,也会增大低k介质层剪应力, 剪应力若存在过大的状态,就会造成铜层的剥离失效”1。 2.3抛光垫弹性模量对晶圆表面非均匀性所产生的影响 想要细致的分析抛光垫弹性模量,相对晶圆表面的材料去除 非均匀性所产生的影响,需要将0.02069MPa作为下压力的取值。 因为抛光垫弹性模量会在一定程度上对接触应力分布情况产生 不利的影响,所以探究比对了抛光垫弹性模量分别为100、50、 5、2.29MPa时,探究出了接触应力变化率、接触应力、VOBMises 应力在晶圆表面中的分布规律”1。探究出模量为不同的弹性时。 晶圆表面所产生的vonMises分布规律。经过模拟分析表明出显 著的结果:模量以不同的弹性显示的情况下,晶圆表面vonMises 应力有着基本相同的分布规律。在晶圆中心位置,yonMises应 力也几乎统一。可是,在对边缘处相距20mm的时候,vonMises 应力会产生微小的变化,与边缘相距5ram位置的vonMises应力, 会飞速的达到最大的取值。 总结: 根据以上的论述,相对化学机械抛光当中的晶圆、抛光液以 及抛光垫直接的接触情况,探究了在不同的情况下,三者之间所 产生的摩擦学行为,创建了铜化学机械抛光有限元模型。分析了 在抛光的阶段T艺参数基于晶圆尺度材料去除非均匀性的有关 影响,通过因子的设计手段,获取了直接影响晶圆表面材料去除 非均匀性的具体要素,对于抛光工艺参数的优化程度而言,给予 了较为完善的理论依据。 参考文献: 『11杜家熙,苏建修,王占合.硬脆晶体基片化学机械抛光材 料去-除-非均匀性形成研究[J】.人工晶体学报,2013,12(06): 】63—189. 2013年09期 ·-——225--—— 抛程料轨加蚍僦醒槲掀黼坝一一一雩|一.一~籼州舯舷砸吼壮㈤一~~熏|一一~一一蜘一一~一一~幸n巨,关婶水具刘怫袁艺死∞董磨端蹴础雌黼醐螺稍骓张泄协郑臌劂哺汤悟,匀●,新一稀,刚懿撇蚍黻岳|f皲懈雠雌苏防√邓展黄优储用团去m唧与H栅网应料B究拟的防拍研捌i中 万方数据 化学机械抛光中材料去除非均匀性及因子分析 作者: 王恩泽, 韩博 作者单位: 沈阳地铁集团有限公司运营分公司 辽宁省沈阳市110000 刊名: 新材料新装饰 英文刊名: New Material New Decoration 年,卷(期): 2013(9) 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xclxzhs201309182.aspx
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