掃碼添加微信，獲取更多半導體相關資料
通過基于DLVO理論計算相互作用力、利用AFM測量漿液顆粒與晶片表面之間的粘附力等基礎研究，可以提高對清洗機理的認識和清洗過程的發(fā)展，本文從基礎原理到當前和未來，概述了CMP后的清洗過程，為了控制表面的潤濕性，研究了在不同濃度的氫氧化鉀基添加劑溶液中的接觸角和附著力，接觸角和粘附力隨溶液a濃度的變化而減小，溶液A作為聚硅表面的表面氧化劑，在去離子水中形成更親水的表面。
在測量了聚硅CMP過程中的摩擦力和襯墊層溫度與溶液a濃度的關系，由于溶液A濃度的增加，表面的親水性導致摩擦力和墊溫度低，在疏水聚硅晶片表面觀察到墊片顆粒的污染，晶片上的襯墊顆粒污染量隨著溶液A濃度的增加而減少，說明有機硅表面的疏水性可能是由有機墊顆粒污染和疏水性引起的，眾所周知，在干燥過程中，在疏水表面上比在親水表面上更容易產生水痕，在墊顆粒周圍觀察到水痕跡，結果表明，對晶片表面潤濕性的控制對有機殘留物在聚硅表面的粘附力和去除力起著重要作用。
選擇性對于減少侵蝕非常重要，當晶片在染色墊上拋光時，由于漿料分布不佳，銅的去除率降低了約30%左右，由于墊上表面的副產物增強了機械磨損，選擇性降低了40%以上，選擇性越低，對拋光圖案晶片的侵蝕程度就越高，染色墊上較高的摩擦力導致銅的溫度和蝕刻率升高，這可能是銅線凹陷和傾斜的原因，通過調節(jié)溶液的pH值，可以控制溶液中粒子與表面之間的相互作用力。
下圖顯示了在泥漿溶液中浸漬后的晶片表面的FESEM圖像，在酸性和中性漿液污染的晶片表面觀察到相對大量的殘留顆粒，而堿性漿液溶液在晶片表面的顆粒數(shù)量最少，堿性漿液在控制銅CMP期間的顆粒污染水平方面更為可取。
用含二氧化硅顆粒的銅漿料對銅晶片進行污染，這些晶圓片在不同的清洗溶液中進行清洗，下圖為不同溶液中Cu表面清洗后的FESEM圖像，在去離子水、檸檬酸溶液和TMAH檸檬酸溶液中清洗的銅表面觀察到大量殘留顆粒，然而，含有氫氧化銨的檸檬酸溶液顯示出完全去除銅表面的顆粒，原子力顯微鏡測量的粘附力的大小與顆粒去除結果直接相關，較高的附著力導致顆粒的去除率較低，粒子去除實驗也與DLVO總相互作用力的計算結果一致。
實驗研究了銅CMP過程中磨料氧化鋁和二氧化硅顆粒的摩擦特性，用含和不含檸檬酸的氧化鋁和硅漿測量了研磨料顆粒與銅表面之間的摩擦曲線，氧化鋁漿料對漿料的化學性質非常敏感，在氧化鋁漿料中加入檸檬酸時，摩擦力最低，在粘附力測量中觀察到，無論有無檸檬酸，漿液中硅顆粒的摩擦力都沒有明顯變化，顆粒在表面的附著力越大，對銅的摩擦力越大。
用AFM法測定了二氧化硅和氧化鋁顆粒在去離子水和漿液溶液中的附著力，在pH值為6的檸檬酸溶液中，銅表面和氧化鋁顆粒之間的附著力最小，在去離子水中測定了氧化鋁顆粒的最大附著力，氧化鋁顆粒在去離子水中的附著力最大，是由于氧化鋁顆粒與去離子水中銅表面之間的靜電吸引力更強，氧化鋁顆粒在檸檬酸漿中的附著力最小是由于檸檬酸在氧化鋁表面的選擇性吸附，然而，檸檬酸的存在或不存在并沒有改變氧化硅顆粒的粘附力，這表明檸檬酸的吸附顯著降低了氧化鋁顆粒的附著力，這些結果清楚地表明，在顆粒表面上吸附的化學物質的數(shù)量會影響顆粒在晶片表面上的附著力的大小，說明化學添加劑的選擇直接影響粘附劑。粘附力與拋光過程中的摩擦力直接相關，無論去除率是什么，摩擦力就會越高，拋光表面上的劃痕水平就會越高。
在高摩擦力下觀察到的低銅去除率可能會導致銅表面的嚴重劃痕，為了研究CMP過程中顆粒粘附強度、摩擦力和刮痕強度之間的關系，采用原子力顯微鏡對銅CMP過程后的銅表面進行了觀察。在含有氧化鋁顆粒的去離子水拋光銅表面觀察到大量的殘留顆粒和劃痕，在去離子水或檸檬酸基漿液中，硅顆粒也會在銅表面產生顆粒污染和劃痕，銅表面上劃痕的深度取決于摩擦力的大小，更高的虛構力與觀察到的銅表面上更深的劃痕有關。
眾所周知，粘附力不僅影響摩擦力的大小，還影響基底上的顆粒污染程度，這直接與CMP后的表面粗糙度和劃痕數(shù)量有關，盡管在有和不有檸檬酸的硅漿中測量了相似的摩擦力，但在檸檬酸基硅漿中觀察到較低的粘附力，較低的粘附力表明拋光過程中摩擦較小，這實際上導致檸檬酸基硅漿的表面更光滑。
CMP過程中磨粒與晶片表面的相互作用不僅與CMP后的清洗性能有關，而且與拋光后表面的最終質量也有很強的關系，在銅CMP過程中，研究了摩擦力、去除率、粘附力與劃痕、顆粒污染等缺陷之間的關系，加入檸檬酸后，氧化鋁基漿液中的粘附力最小，摩擦力最小，在CMP過程中，較高的顆粒粘附力產生較高的摩擦力、磨粒污染和銅表面的劃痕，這表明，泥漿中晶片表面的顆粒粘附程度與CMP過程中的摩擦行為和表面質量直接相關，通過實驗和理論研究了漿液pH對不同材料晶片表面磨料顆粒粘附和去除的影響，堿性漿液在控制銅CMP期間的顆粒污染水平方面更為可取。
用原子力顯微鏡法測定了清洗溶液中二氧化硅對銅的附著力，檸檬酸和BTA與氫氧化銨溶液混合物中的吸引力最小，理論上和實驗上的粘附力表現(xiàn)出良好的一致性，當使用氫氧化銨檸檬基清洗溶液時，觀察到顆粒完全去除，然而，TMAH的加入導致了最高的粘附力，這說明pH調節(jié)器的選擇也很重要。顆粒與表面之間的粘附力直接關系到清洗溶液的清洗效率。
在聚硅CMP過程中，觀察到聚硅CMP過程中聚合物殘基的粘附和去除作為聚硅表面潤濕性的影響，在疏水聚硅表面觀察到的帶有水標記的襯墊顆粒污染比親水性表面多得多，在墊顆粒周圍觀察到水痕跡，疏水表面的潤濕性和高附著力的機理表明，對晶片表面潤濕性的控制對聚硅表面有機殘基的粘附力和去除力起著重要作用。