杭州九朋新材料有限责任公司

国民经济的各个领域中,它的发展推动着人类社会的进步和物质文化生活水平的提高，由其兴起的半导体产业越来越受到各国的重视，自20世纪以来取得了长足的发展。在导体领域中化学机械抛光CMP占有着越来越重要的作用,本文在分析CMP工艺的基础上，及初步了解与分析了CMP半导体晶片过程中抛光液（CY-L10W）的重要作用，总结了抛光液（CY-L10W）的组成及其化学性能氧化剂、磨料及H值等和物理性能流速、粘性及温度对抛光效果的影响规律。本文是在前人研究的基础上，进行深入了解，希望从而对半导体产业向前发展起到一定的积极作用。

1.抛光液（CY-L10W）的化学性能及对抛光效果的影响

pH值对抛光效果的影响pH值决定了最基本的抛光加工环境，会对表面膜的形成、材料的去除分解及溶解度、抛光液（CY-L10W）的粘性等方面造成影响。常用的抛光液（CY-L10W）分为酸性和碱性两大类。

酸性抛光液（CY-L10W）具有可溶性好、酸性范围内氧化剂较多、抛光效率高等优点，常用于抛光金属材料，例如铜、钨、铝、钛等。当 pH7时，随着 pH 值的增大，由于电化学反应、晶片表面氧化及蚀刻作用减弱，机械摩擦作用占据主导地位，导致抛光效率降低，表面刮痕尺寸增大，所以酸性抛光液（CY-L10W）的PH最优值为4，常通过加入有机酸来控制。酸性抛光液（CY-L10W）的缺点是腐蚀性大，对抛光设备要求高，选择性不高，所以常向抛光液（CY-L10W）中添加抗蚀剂BTA提高选择性，但BTA的加入易降低抛光液（CY-L10W）的稳定性。碱性抛光液（CY-L10W）具有腐蚀性小、选择性高等优点，通常用于抛光非金属材料，例如硅、氧化物及光阻材料等。当pH7时，随着pH值的增大，表面原子、分子之间的结合力减弱，容易被机械去除，抛光效率提高，但表面刮痕尺寸增大;当PH12.5时，由于晶片表面亲水性增强，抛光效率开始降低，所以碱性抛光液（CY-L10W）的 pH最优值为10?11.5，常通过向水溶液中加入Na0H、KOH或NH40H来控制。碱性抛光液的致命缺点是不容易找到在弱碱性中氧化势高的氧化剂，导致抛光效率偏低。碱性抛光液的氧化剂主要有FeN033、K3FeCN6、NH40H和一些有机碱。

(2)氧化剂对抛光效果的影响

金属材料的抛光过程中,为了能够快速地在加工表面形成一层软而脆的氧化膜，便于后续的机械去除，从而提高抛光效率和表面平整度，通常会在抛光液（CY-L10W）中加人一种或多种氧化剂。氧化剂种类会对抛光效果产生影响。抛光金属钨时常用的氧化剂有H202、FeN033，及其混合物。H202:氧化性较弱，氧化反应仅仅发生在钨表面颗粒的边缘，只有当氧化产物W03 溶解后，剩余的硬度较大部分才能暴露出来，参与下一次氧化反应:FeN033，中三价Fe离子氧化性较强，能在钨表面能够迅速形成硬度小、脆性大且容易去除的氧化层，从而提高了抛光效率和表面质量;当H202，FeN033混合剂时发生Fenton反应，生成氧化性更强的过氧氢氧自由基?00H，氧化层的形成速度进一步加快，所以相对于FeN033，抛光效率提高人约一倍。目前最常见的一种比较经济的氧化剂是H202。H202虽然能用于多种材料的化学机械抛光，但由于其化学性质不稳定，容易发生分解从而影响抛光效果。为了增强H202的稳定性，通常会向抛光液（CY-L10W）中添加一些稳定剂，以防止其分解。例如在铜及氮化钛的抛光过程中，通常添加0.5%重量百分比的H3P04。作为稳定剂，抛光效率显著提高。氧化剂的浓度会对抛光效果产生影响。在铝抛光过程中，随着氧化剂H202浓度的增加，氧化层形成速度加快且被及时去除，抛光效率提高，表面刮痕尺寸减小;但当氧化剂浓度增加到一定值时候，抛光效率反而降低，表面刮痕尺寸增大，其原因是化学反应速度大于机械去除速度，氧化层不能及时被去除，阻碍了氧化反应的进行，机械去除也使得表面容易产生较大尺寸的刮痕，所以氧化剂H202浓度应控制在1~3%体积百分比。而在铜抛光过程中，抛光液中氧化剂H202的浓度最好控制在7%以下。此外，氧化剂的浓度也会影响抛光液中磨粒特别是金属磨粒的平均尺寸。随着氧化剂浓度的增加，磨粒的平均尺寸会减小，其原因是磨粒表面经氧化反应形成的氧化层，一部分溶解，另外一部分则被抛光垫去除。

(3)磨料对抛光效果的影响

化学机械抛光过程中磨料的作用是借助于机械力,将品片表面经化学反应后形成的钝化膜去除，从而达到表面平整化的目的。目前常用的磨料有胶体硅、Si02、A1203，及Ce02等。料的种类决定了磨粒的硬度、尺寸，从而影响抛光效果。抛光铝实验中，相对于A1203，料，胶体Si02料能获得较好的表面平整度，表面刮痕数量少、尺寸小，其原因是胶体Si02粒尺寸小，抛光时磨料嵌入晶片表面的深度较小，并且在优选其它参数的情况下，也能获得很高的抛光效率。磨料的浓度会影响抛光效果。抛光铝实验中，随着料胶体Si02浓度的提高，单位面积参与磨削的磨粒数目增加，所以抛光效率提高，表面刮痕尺寸缓慢增大或基本保持不变;但磨料浓度过大时，抛光液的粘性增大，流动性降低，影响加工表面氧化层的有效形成，导致抛光效率降低。粒的尺寸也会对抛光效果产生影响，磨粒尺寸越小，表面损伤层厚度小。据统计，在硅片的精抛过程中，每次磨削层的厚度仅为磨粒尺寸的四分之一。为了有效地减小表面粗糙度和损伤层厚度，通常采用小尺寸的胶体硅15?20nm来代替粗抛时的胶体50?70nm;同时通过加强化学反应及提高产物的排除速度来提高抛光效率。