摘要

本文研究了化學機械抛光(CMP)工藝後顆粒在晶圓表面的粘附情況。嵌入的顆粒可以是漿中的磨料顆粒、墊材料中的碎片和被抛光的薄膜顆粒。為了找到最有效的顆粒去除機理，研究了不同的去除方法。在cmp清洗後，在溶液中加入表面活性劑。結果與不含表面活性劑的清洗進行比較，表明通過刷掃的機械相互作用和表面活性劑在溶液中的化學作用（即摩擦化學相互作用），清洗更有效。數值分析還預測了添加表面活性劑後的顆粒去除率。計算了晶圓-粒子界面中存在的範德華力，以找出去除粒子所需的能量。最後，通過将範德華力建模為粒子與表面分離距離的函數，研究了粘附過程。彈性理論對納米顆粒-表面相互作用的成功适應，揭示了CMP的清洗機制。該模型告訴我們，随着分離距離的減小，引力并不總是會增加。估計的力值可用于漿料設計和CMP工藝估計。

介紹

化學機械抛光最初用于玻璃和矽片抛光。随着其功能的增加，化學機械抛光被引入到平面化層間電介質(ILD)、淺溝槽隔離(STI)和用于片上多級互連的鑲嵌金屬布線中。該工藝适用于半導體加工中的銅、鎢和低介電常數介質。化學機械抛光的目标是實現粗糙表面的平面化。在化學機械抛光過程中，晶片被倒置在載體中，并被壓入與流過漿液飽和抛光墊的漿液膜接觸。晶片表面通過機械磨損和化學腐蝕進行抛光，以實現局部和整體平面化。這一過程對于制備光滑的表面層至關重要，以便後續過程可以從平坦的表面開始。

本研究的主要目的是研究化學機械抛光後清洗中的顆粒去除機理。本研究采用了三種方法。首先是用刷掃法進行清洗，然後在清洗液中加入化學藥品和添加劑，最後通過數值模拟來預測附着力範圍和偏轉表面。

化學機械抛光後清洗中納米粒子的去除機理

介紹：化學機械抛光的主要問題是殘留顆粒含量高。根據化學機械抛光的類型和抛光條件，由于抛光墊施加的機械壓力，這些顆粒可以物理吸附在表面或部分嵌入襯底中。由于範德華力在粘合過程中更占主導地位，因此必須通過刷子刷洗的機械力或使用化學溶液或添加劑來克服它。在微粒的情況下，機械力是不夠的。因此，必須添加化學物質或添加劑來控制靜電排斥，以防止顆粒重新粘附。這可以通過控制基底和顆粒上的電荷來實現，這可以通過改變溶液的酸堿度或添加表面活性劑來改變。

實驗：刷子用作上盤，晶片用作下盤。本研究使用聚乙烯醇刷子。為這個實驗準備了兩種清洗溶液。在第一種溶液中，使用10毫升去離子水作為清洗溶液。第二種溶液是通過混合10毫升去離子水和0.1重量%含醇醚硫酸鹽的陰離子表面活性劑制成的。在數據采集之前，将直徑為5毫米的刷子浸泡在去離子水中30分鐘。清潔實驗在室溫下進行，參數如下:刷子壓力為125帕，速度為0.5厘米/秒。刷子在晶片上的七個位置往複運動。清洗過程後，用去離子水在超聲波清洗機中清洗樣品1分鐘，以防止顆粒再沉積到基底上。

結果和讨論：用連續力學方法進一步分析了實驗結果。結果如圖14所示.從該圖中可以推斷，去除顆粒所需的力随着顆粒尺寸而變化。在達到一定尺寸後，機械移除的效果會顯著降低。在這個階段之後，使用表面活性劑将有助于減少去除較小顆粒所需的力。

結論：這項研究為理解表面活性劑分子在化學機械抛光後清洗中的作用開辟了未來的研究領域。在這方面，我們将觀察表面活性劑在達到臨界膠束濃度(CMC)前後的行為。将讨論表面活性劑濃度和溫度範圍内的摩擦學方法。

表面活性劑分子在化學機械抛光後清洗中的作用

介紹:化學機械抛光後清洗過去是用去離子水沖洗以去除漿料顆粒的簡單過程。然而，它們現在必須加入額外的化學物質或添加劑以有效去除顆粒。有效的後化學機械抛光清洗溶液的最新發展有助于減少沖洗水的消耗。因此，表面活性劑和去離子水的使用将有助于降低耗材成本。

實驗：清潔實驗在室溫下進行，參數如下:刷子壓力為125帕，速度為0.5厘米/秒。刷子在晶片的三個位置往複運動。清洗過程後，用去離子水在超聲波清洗機中清洗樣品1分鐘，以防止顆粒再沉積到基底上。

結果和讨論：圖18和19顯示了在化學機械抛光後清洗過程中，表面活性劑濃度和溫度對摩擦系數的影響。結果表明，随着表面活性劑濃度和溫度的增加，平均摩擦系數降低。這種現象可以解釋如下。因為在高溫下，表面活性劑将比在低溫下花費更少的時間均勻分散到基底表面，這又降低了表面張力。較低的表面張力會産生較低的潤濕角。此外，較低的潤濕角産生較高的潤濕，從而降低基底表面上的平均摩擦系數。在這種情況下，該過程有助于在刷掃過程中去除顆粒。另一個原因是矽片在清洗過程中容易發生放熱反應；因此，界面溫度的升高會降低基底表面的平均摩擦系數。

結論：在這項研究中，我們使用了一種新的方法來研究後化學機械抛光清洗過程中的顆粒去除機制。該方法從抛光實驗開始，以便将顆粒粘附在晶片表面上。化學環境是專門為此而設計的。抛光後，進行清洗實驗以研究顆粒去除機理。還特别考慮了表面活性劑的選擇。結果表明，表面活性劑分子可以降低顆粒間的粘附力。對于較大的顆粒，用較高濃度的表面活性劑和較高的操作溫度進行清洗被證明能有效地減小粘附在基底表面上的殘餘顆粒的尺寸。其機理主要是界面相互作用。

結論

顆粒與晶片表面的粘附是化學機械抛光工藝中的主要問題之一。使用實驗的化學機械抛光和化學機械抛光後清洗過程中的機理與數值分析相結合，粘附過程由顆粒和表面附近存在的範德華力控制。

結果表明，雖然表面活性劑分子可以減少顆粒之間的粘附，但機械去除僅對一定尺寸的大顆粒有效。對于較大的顆粒，用較高濃度的表面活性劑和較高的操作溫度進行清洗被證明能有效地減小粘附在基底表面上的殘餘顆粒的尺寸。一旦顆粒尺寸達到臨界尺寸，剩餘的小顆粒将不能被有效去除。

對于剩餘的小顆粒，加入表面活性劑可以有效去除顆粒。表面活性劑有兩個基本作用。一是削弱粒子與粒子和表面之間的結合。另一個是防止顆粒和晶片表面之間的進一步粘附。其機理主要是界面相互作用。此外，利用彈性理論，我們能夠分析表面中點處的垂直位移。範德瓦爾斯力被評估為分離距離的函數。我們發現，當距離達到臨界值ALPHA時，範德華力将不再吸引。這一結果由誤差%的穩定圖和70到80範圍内的ALPHA試驗次數顯示。

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