化學(xué)機(jī)械拋光 Slurry 的蛻與進(jìn)

Slurry是CMP的關(guān)鍵要素之一，其性能直接影響拋光后表面的質(zhì)量。Slurry一般由超細(xì)固體粒子研磨劑(如納米級SiO2、Al2O3粒子等)、表面活性劑、穩(wěn)定劑、氧化劑等組成。固體粒子提供研磨作用，化學(xué)氧化劑提供腐蝕溶解作用。影響去除速度的因素有：slurry的化學(xué)成分、濃度；磨粒的種類、大小、形狀及濃度；slurry的粘度、pH值、流速、流動(dòng)途徑等。Slurry的精確混合和批次之間的一致性對獲得硅片與硅片、批與批的重復(fù)性是至關(guān)重要的，其質(zhì)量是避免在拋光過程中產(chǎn)生表面劃痕的一個(gè)重要因素。

Cabot Microelectronics的亞太地區(qū)研發(fā)總監(jiān)吳國俊博士介紹說，拋光不同的材料所需的slurry組成、pH值也不盡相同，最早也是最成熟的是氧化物研磨用slurry。用于氧化物介質(zhì)的一種通用slurry是含超精細(xì)硅膠顆粒（均勻懸浮）的堿性氫氧化鉀（KOH）溶液，或氫氧化胺（NH4OH）溶液。KOH類slurry由于其穩(wěn)定的膠粒懸浮特性，是氧化物CMP中應(yīng)用最廣的一種slurry。K+離子是一種可移動(dòng)的離子玷污，非常容易被互連氧化層，如硼磷硅玻璃（BPSG）俘獲。NH4OH類的slurry沒有可動(dòng)離子玷污，但它的懸浮特性不穩(wěn)定，并且成本較高。此類slurry的pH值通常為10-11，其中的水含量對表面的水合作用和后面的氧化物平坦化至關(guān)重要。

在金屬鎢（W）的CMP工藝中，使用的典型slurry是硅膠或懸浮Al2O3粒子的混合物，溶液的pH值在5.0～6.5之間。金屬的CMP大多選用酸性條件，主要是為了保持較高的材料去除速率。一般來說，硅膠粉末比Al2O3要軟，對硅片表面不太可能產(chǎn)生擦傷，因而使用更為普遍。WCMP使用的slurry的化學(xué)成分是過氧化氫（H2O2）和硅膠或Al2O3研磨顆粒的混合物。拋光過程中，H2O2分解為水和溶于水的O2，O2與W反應(yīng)生成氧化鎢（WO3）。WO3比W軟，由此就可以將W去除了。

Slurry研究的最終目的是找到化學(xué)作用和機(jī)械作用的最佳結(jié)合，以致能獲得去除速率高、平面度好、膜厚均勻性好及選擇性高的slurry。此外還要考慮易清洗性、對設(shè)備的腐蝕性、廢料的處理費(fèi)用及安全性等問題。與二十多年前相比，slurry的研究已經(jīng)從基于經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓幕诶碚摵蛯?shí)踐的結(jié)合。因此，最終用戶可以更好地控制并提高系統(tǒng)和工藝的穩(wěn)定性、可靠性及可重復(fù)性。