化學機械研磨的微觀機制探討

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題名:	化學機械研磨的微觀機制探討
作者:	林明智;Ming-Zhe Lin
貢獻者:	化學工程與材料工程研究所
關鍵詞:	化學機械研磨;Chemical mechanical polishing
日期:	2000-06-27
上傳時間:	2009-09-21 12:17:33 (UTC+8)
出版者:	國立中央大學圖書館
摘要:	化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)是目前唯一能提供積體電路全面平坦化(Global Planarization)製程的技術。研磨過程中介電層(二氧化矽晶片)的去除機制，包括了《化學反應》與《機械應力》的作用。由於影響因素繁多，我們對微觀機制的瞭解，仍徘徊在半經驗的機械磨耗觀點。而研磨過程中，化學機制所扮演的角色，依舊曖昧不明。本實驗的目的即在探討CMP中，化學與機械的微觀機制。實驗過程中，我們由自製的CMP機台，進行影響機制的探討。一般以為化學作用是研磨液(Slurry)與介電層(Dielectric Layer)發生反應導致介電層表面軟化，爾後透過研磨粒子(Abrasive)以機械磨耗除去軟化表層。依據該模式，化學反應是速率決定步驟。因此我們進行二氧化矽晶圓的溶解實驗，發現溶解速率僅約16~70 (A/day)。上述模式並無法解釋實際CMP製程中，每分鐘1000 A以上的研磨去除率(Removal Rate)。過去以為機械磨耗效果來自研磨墊與研磨粒子。在不加入研磨粒子的條件下，我們以三種硬度不同的研磨墊(Pad) (螺縈(Rayon)、鐵氟龍(PTFE)和玻璃(Glass))進行研磨程序。結果顯示不同硬度的螺縈與鐵氟龍材質，研磨去除率皆與單純化學靜置溶解速率相近。然而以SiO2為材質的玻璃研磨墊，其研磨去除率效果顯著。加入研磨粒子(二氧化矽粉體)的研磨，其研磨去除率是靜置溶解速率的100倍以上。顯然研磨粒子在研磨過程中扮演舉足輕重的角色。此外實驗發現二氧化矽研磨粒子必須在鹼性環境下，才產生研磨效果。此結果與玻璃的研磨墊的結果相同。但改採氧化鋁與氧化鈦為研磨粒子時，則在酸性和鹼性環境都具有研磨效果。在以水為溶劑的研磨液中，氧化鋁與氧化鈦都具良好的去除效果，但在以乙醇為溶劑的研磨液中，則不發生研磨作用；在油性的正癸烷中，二氧化矽與氧化鋁可產生研磨效果，而氧化鈦卻不具研磨作用。故研磨液中溶劑的成分影響研磨的產生與否。當在研磨液中加入水溶性的SDS、TRITON、及CTAB或油溶性的AOT界面活性劑。界劑與晶片及研磨粒子表面電荷的作用，會導致不同的研磨結果：帶正電的CTAB界劑抑制研磨粒子的研磨作用；中性的TRITON界劑並不影響粒子的研磨效用；帶負電的SDS界劑則抑制氧化鋁研磨粒子在酸性研磨液的研磨作用。故晶片與研磨粒子間的表面化學作用(或特性)會顯著影響研磨去除速率。我們推測可能的二氧化矽晶片的微觀去除模型有二：潤滑模型及研磨粒子吸附反應模型。兩者皆可合理地解釋文獻與我們的實驗結果。
顯示於類別:	[化學工程與材料工程研究所] 博碩士論文

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