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摘要
? ? ? 本文研究了化學(xué)機械拋光(CMP)工藝后顆粒在晶圓表面的粘附情況。嵌入的顆?？梢允菨{中的磨料顆粒、墊材料中的碎片和被拋光的薄膜顆粒。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清洗后，在溶液中加入表面活性劑。結(jié)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(xué)作用（即摩擦化學(xué)相互作用），清洗更有效。數(shù)值分析還預(yù)測了添加表面活性劑后的顆粒去除率。計算了晶圓-粒子界面中存在的范德華力，以找出去除粒子所需的能量。最后，通過將范德華力建模為粒子與表面分離距離的函數(shù)，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適應(yīng)，揭示了CMP的清洗機制。該模型告訴我們，隨著分離距離的減小，引力并不總是會增加。估計的力值可用于漿料設(shè)計和CMP工藝估計。
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介紹
? ? ? 化學(xué)機械拋光最初用于玻璃和硅片拋光。隨著其功能的增加，化學(xué)機械拋光被引入到平面化層間電介質(zhì)(ILD)、淺溝槽隔離(STI)和用于片上多級互連的鑲嵌金屬布線中。該工藝適用于半導(dǎo)體加工中的銅、鎢和低介電常數(shù)介質(zhì)?；瘜W(xué)機械拋光的目標(biāo)是實現(xiàn)粗糙表面的平面化。在化學(xué)機械拋光過程中，晶片被倒置在載體中，并被壓入與流過漿液飽和拋光墊的漿液膜接觸。晶片表面通過機械磨損和化學(xué)腐蝕進行拋光，以實現(xiàn)局部和整體平面化。這一過程對于制備光滑的表面層至關(guān)重要，以便后續(xù)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(xué)機械拋光后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，然后在清洗液中加入化學(xué)藥品和添加劑，最后通過數(shù)值模擬來預(yù)測附著力范圍和偏轉(zhuǎn)表面。
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化學(xué)機械拋光后清洗中納米粒子的去除機理
? ? ? 介紹：化學(xué)機械拋光的主要問題是殘留顆粒含量高。根據(jù)化學(xué)機械拋光的類型和拋光條件，由于拋光墊施加的機械壓力，這些顆?？梢晕锢砦皆诒砻婊虿糠智度胍r底中。由于范德華力在粘合過程中更占主導(dǎo)地位，因此必須通過刷子刷洗的機械力或使用化學(xué)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(xué)物質(zhì)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(xiàn)，這可以通過改變?nèi)芤旱乃釅A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(zhǔn)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(shù)據(jù)采集之前，將直徑為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(shù)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復(fù)運動。清洗過程后，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(jié)果和討論：用連續(xù)力學(xué)方法進一步分析了實驗結(jié)果。結(jié)果如圖14所示.從該圖中可以推斷，去除顆粒所需的力隨著顆粒尺寸而變化。在達到一定尺寸后，機械移除的效果會顯著降低。在這個階段之后，使用表面活性劑將有助于減少去除較小顆粒所需的力。
? ? ? 結(jié)論：這項研究為理解表面活性劑分子在化學(xué)機械拋光后清洗中的作用開辟了未來的研究領(lǐng)域。在這方面，我們將觀察表面活性劑在達到臨界膠束濃度(CMC)前后的行為。將討論表面活性劑濃度和溫度范圍內(nèi)的摩擦學(xué)方法。
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圖14 不同粒徑下的下壓力變化
表面活性劑分子在化學(xué)機械拋光后清洗中的作用
? ? ? 介紹:化學(xué)機械拋光后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(xiàn)在必須加入額外的化學(xué)物質(zhì)或添加劑以有效去除顆粒。有效的后化學(xué)機械拋光清洗溶液的最新發(fā)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將有助于降低耗材成本。
? ? ? 實驗：清潔實驗在室溫下進行，參數(shù)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復(fù)運動。清洗過程后，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(jié)果和討論：圖18和19顯示了在化學(xué)機械拋光后清洗過程中，表面活性劑濃度和溫度對摩擦系數(shù)的影響。結(jié)果表明，隨著表面活性劑濃度和溫度的增加，平均摩擦系數(shù)降低。這種現(xiàn)象可以解釋如下。因為在高溫下，表面活性劑將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。較低的表面張力會產(chǎn)生較低的潤濕角。此外，較低的潤濕角產(chǎn)生較高的潤濕，從而降低基底表面上的平均摩擦系數(shù)。在這種情況下，該過程有助于在刷掃過程中去除顆粒。另一個原因是硅片在清洗過程中容易發(fā)生放熱反應(yīng)；因此，界面溫度的升高會降低基底表面的平均摩擦系數(shù)。
? ? ? 結(jié)論：在這項研究中，我們使用了一種新的方法來研究后化學(xué)機械拋光清洗過程中的顆粒去除機制。該方法從拋光實驗開始，以便將顆粒粘附在晶片表面上?；瘜W(xué)環(huán)境是專門為此而設(shè)計的。拋光后，進行清洗實驗以研究顆粒去除機理。還特別考慮了表面活性劑的選擇。結(jié)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余顆粒的尺寸。其機理主要是界面相互作用。
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彈性表面上附著力的建模 ??略
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結(jié)論
? ? ? 顆粒與晶片表面的粘附是化學(xué)機械拋光工藝中的主要問題之一。使用實驗的化學(xué)機械拋光和化學(xué)機械拋光后清洗過程中的機理與數(shù)值分析相結(jié)合，粘附過程由顆粒和表面附近存在的范德華力控制。
? ? ? 結(jié)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余顆粒的尺寸。一旦顆粒尺寸達到臨界尺寸，剩余的小顆粒將不能被有效去除。
? ? ? 對于剩余的小顆粒，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(jié)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。范德瓦爾斯力被評估為分離距離的函數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)距離達到臨界值ALPHA時，范德華力將不再吸引。這一結(jié)果由誤差%的穩(wěn)定圖和70到80范圍內(nèi)的ALPHA試驗次數(shù)顯示。
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