改后,ReclaimCMP表面缺陷的优化与研究

硕士研究生学位论文题目：ReclaimCMP表面缺陷的优化与研究姓名：王玉学号：1301221682院系：软件与微电子学院专业：软件工程研究方向：集成电路设计导师姓名：孙雷副教授二〇一六年九月北京大学硕士学位论文版权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本论文作者同意，不得将本论文转借他人，亦不得随意复制、抄录、拍照或以任何方式传播。否则，引起有碍作者著作权之问题，将可能承担法律责任摘要I摘要随着科技的发展，在当前社会中，大规模集成电路、半导体器件等得到了越来越广泛的应用，对其可靠性、电能性等性能的要求也越来越高。随着IC集成度越来越高，要求硅片衬底表面有更好的平整度和洁净度。现在半导体生产中常用无图形硅片，按照一定的设计淀积不同的膜层来模拟真实的产品，监测设备及工艺条件，这种硅片称之为控挡片。控挡片按照不同的工艺需求经过一次或多次使用后，硅片表面产生很多损伤，这些表面损伤导致硅片无法再重复使用，这对半导体生产造成了非常大的开销，现在主流芯片厂靠从硅片制造厂家购买控挡片，使用后再进行循环加工满足生产需求，但要想控挡片满足工艺要求循环使用是一种降低成本的途径。IC集成度的不断提高，随之带动的是设备要求越高，对满足检测设备的控挡片的品控进一步严格。再循环利用的控挡片必须控制表面平坦化、洁净度、一定大小的颗粒数及缺陷在标准范围以内。目前平坦化工艺采用化学机械抛光的方法，在抛光过程中，影响平坦化涉及因素很多，对于国内外CMP设备如何逐步降低抛光后的缺陷数量提出了难题。同样，在硅片浸泡清洗过程中，由于清洗设备存在清洗不同种类硅片的状况，所以要始终保持硅片表面良好的清洗效果也面临困难。技术的不断革新，对控片的要求相应标准也随着提高，从当前0.12um提高到0.09um，甚至到0.06um、0.037um的工艺需求，常因wafer表面缺陷和沾污导致再加工的空档片合格率减低，文中依靠国产化学机械研磨设备为基础，对生产当中遇到的缺陷和沾污案例，逐步分析原因以及相应的解决的措施。通过大量DOE实验分析控片表面缺陷和沾污的因素，并对产生缺陷和沾污的环节进行优化改善。其实在硅片CMP工艺中，表面缺陷和沾污并不能被完全避免。这些缺陷和沾污或者是物理性的，或者是基于化学性的。微粒缺陷主要是由于抛光过程中产生的微粒粘着在硅片表面造成的，这些微粒来源于抛光垫或抛光液。刮伤(Scratches)、空隙(void)、凹槽(grooves)、残余抛光液(residualslurries)和凹坑(pits)是一些典型的表面缺陷，另一部分缺陷包括化学沾污，离子沾污，硅片表面金属的腐蚀在后续清洗过程中也不能完全被避免。文中通过大量的实验和生产中的数据研究了Reclaimwafer表面缺陷改善问题。得到了一组优化的工艺参数，大大降低了Reclaimwafer过程中表面缺陷现象，提高了Controlwafer的利用率，降低了运营成本。关键字：化学机械研磨,缺陷,研磨液,研磨垫,整理器,清洗单元，兆声发声单元。北京大学硕士学位论文IIInvestigationonSurfaceDefectofReclaimwaferChemicalMechanicalPolishingforGLSIWangYu(softwareengineering)SunLeiAbstractIntoday'shighlydevelopedofinformation,theICindustryhasreplacingthetraditionalindustriesandbecomethebasisfortheinformationindustryasanewcore.Itisnotonlydeepintothebasiclivesofthemasses,butalsoanationalsymbolofcomprehensivestrength.Today,8-inchfabstilloccupyacertainpositioninthemarket,but12-inchfabshasbecomethemainstreamoftheindustry,wearedeveloping16-inchwafers,hopeitcanbeputintothemarketinthenearfuture,topullin16inchesfabbuilding.14nm,28nmwaferhavemassproductionintheUnitedStatesandTaiwanfoundry.WiththeimprovementofICintegration,withtherequirementoftheequipmentishigher,thequalityofcontrolwaferneedtocontinualimprovement.Nowthemostoffabbuythecontrolwafersformmanufacturersandrecyclingwaferafteruse.Howeveritmustrequirelithographysurfaceisveryflat.Chemicalmechanicalpolishing(CMP)iscurrentlytheonlymethodthatcanofferacompleteplanarizationVLSIproductiontechnique.IntheCMPprocess,theimpactoftheflatteningresultinvolvesmanyfactors,howtoreducesurfacescratchesaftercopperchemicalmechanicalpolishingproblemrarelystudied.Baseon300mmproductionline,thispaperanalyzesthestatusquoanddevelopmentofintegratedcircuit,alsointroducethestudyofcopperproducedbytheCMPdefectissues,throughtheanalysisofprincipleonreclaimwafersurfacescratchandparticles.Combinedwiththeproductionofscratchescase,obtainedthescratchdefectcausesandsolutionmethods.Defectcomesmainlyfromtwoaspects.Firstaspectcomesfromthemonitorcausewafersurfacedamage,Reclaimwaferpolishnotenough,resultingremainsomeholeonwafersurface.Thesecondaspectistheresearchonthemachineitself,includethepad,theslurry,thediskandcleanmodule.Finally,throughalotofexperimentsandproductionpracticesystematicstudyofthe摘要IIICuCMPscratchthesurfaceoftheproblem.Wegotasetofoptimizedprocessparameters,greatlyreducingtheCMPprocessscratchofthesurface,toavoiddefectscauseddueScratch,improvedproductyield.KEYWORDS:CMP,Defect,Slurry,Pad,Disk,Cleanmodule,megasonic北京大学硕士学位论文IV目录第一章绪论.........................................................11.1引言..........................................................11.2硅片回收在半导体工艺生产中的作用..............................51.3化学机械研磨..................................................51.3.1化学机械研磨简介..........................................51.3.2化学机械研磨原理..........................................51.3.3化学机械研磨液............................................61.3.4影响化学机械研磨的因素....................................71.4化学机械研磨在ReclaimCMP中的应用............................81.5化学机械研磨过程中表面划伤的研究进展..........................91.6本论文的研究目的与内容.......................................10第二章ReclaimCMP试验设备及理论方法..............................102.1试验设备.....................................................102.1.1化学机械研磨设备.........................................102.1.2后清洗设备................................................112.1.3SEM扫描电镜..............................................122.2试验方法及原理...............................................132.2.1化学机械研磨.............................................132.2.2工艺测试方法和参数.......................................162.2.3SEM扫描电镜原理..........................................172.3ReclaimCMP机理20第三章后道湿法洗清工艺对硅片沾污去除的影响研究....................203.1湿法腐蚀.....................................................203.2硅片的湿法清洗...............................................203.3利用湿法腐蚀去除控挡片膜层...................................233.4ReclaimCMP沾污与后续清洗工序的关联.........................243.4.1ReclaimCMP沾污现象分析..................................243.6本章小结.....................................................26第四章研磨工艺参数对ReclaimCMP表面缺陷的影响研究................274.1研磨液对ReclaimCMP表面划伤的影响...........................27第一章V4.1.1研磨液传输装置............................................274.1.2研磨液的组成及其特