Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/1897
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dc.contributor.advisor蔡志成zh_TW
dc.contributor.advisorMing-Shih Tsaien_US
dc.contributor.advisor蔡明蒔zh_TW
dc.contributor.author林永成zh_TW
dc.contributor.authorLin, Yong-Chengen_US
dc.date2005zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-05T11:41:57Z-
dc.date.available2014-06-05T11:41:57Z-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/1897-
dc.description.abstract無磨粒化學機械拋光(AFP)為不添加研磨粒的平坦化技術,可避免化學機械拋光所造成的晶圓表面刮痕缺陷,故為半導體銅製程晶圓拋光平坦化的主要技術。本研究探討AFP的材料拋光移除機制,AFP的材料移除分為三階段,分別為非接觸區的化學腐蝕、鈍化層生成以及接觸區的機械剔除,由三階段的各別移除方式找出估算拋光移除率的關係式,並設計實驗相互比對,確認其適用性。本研究結果歸納為(1)當壓力增加時,拋光墊與晶圓接觸面積增加,機械移除的重要性相對提昇;當轉速增加時,二者接觸面積減少,將使得化學反應重要性提高;(2)隨著壓力與轉速的增加,晶圓表面所受到的總剪應力隨之增加,材料移除率會提升;(3)實驗結果顯示化學漿料有助於提升材料移除率且添加檸檬酸(CA)之移除率均較添加苯基疊氮(BTA)之移除率高;(4)計算求得的鈍化層移除率,顯示添加BTA所生成的鈍化層比添加CA所生成的鈍化層來得厚,使得添加BTA的漿料系統拋光前後的銅膜厚度變化量較小,此與實驗一致,顯示本研究所提出的移除機制適用。zh_TW
dc.description.abstractAbrasive free polishing (AFP) is the technology for planarization and polishing of wafers without abrasives. As it can avoid surface scratch of wafer in the polishing process, AFP has become the main technology in the planarization of wafer with copper film in semiconductor fabrication. This research investigates material removal mechanisms of AFP that includes chemical corrosion, passivation in non-contact region and mechanical wear in contact region. The removal rate can be estimated based on these three mechanisms. In addition, experiments are designed and conducted as a comparison with the theoretical calculation. The results of this research lead to the following conclusions. (1) The role of mechanical wear is more important as the contact area between the wafer and pad increases at higher polishing pressure. Chemical reaction becomes more crucial as the polishing speed increases, causing the decrease of contact area between the wafer and pad. (2) The shear stress on wafer and removal rate (RR) increase with the pressure and speed. (3) Experimental results showed that polishing slurry with chemical solution assists the removal of material. RR of slurry with Citric Acid (CA) as an additive is higher than that with benzotriazole (BTA) added. (4) The thickness of passivative film, based on the calculation from RR, with BTA as an additive is higher than that with CA as an additive. It further implies that the variation of removed copper film with BTA as an additive is less than that of polishing solution with CA. Such good consistency between the theory and experimental results indicates the models of material removal in this research can provide a good estimation.en_US
dc.description.tableofcontents摘要 I ABSTRACT II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VIII 符號說明 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 2 1.2 文獻回顧 3 1.3 研究方法與步驟 6 1.4 本文大綱 6 第二章 無磨粒化學機械拋光理論探討 7 2.1化學觀點之材料移除 8 2.1.1 銅膜無磨粒化學機械拋光鈍化層特性 9 2.1.2 Cu-H2O之 Pourbaix diagram 10 2.2 機械觀點之材料移除 15 2.2.1 晶圓拋光之剪應力分析 15 2.2.2 拋光墊與晶圓表面的接觸分析 18 2.3 綜合化學與機械作用之材料移除機制 27 第三章 實驗設定 30 3.1 實驗規劃 30 3.1.1 純水拋光實驗設計 31 3.1.2 無磨粒化學機械拋光實驗 32 3.2 細部實驗流程規劃 32 3.2.1 純水拋光實驗步驟 33 3.2.2 無磨粒化學機械拋光實驗步驟 34 3.3 實驗設備 35 第四章實驗結果與分析 36 4.1 純水拋光實驗結果與分析 37 4.2 無磨粒化學機械拋光實驗結果分析 39 4.3 理論與實驗結果分析比對 44 4.4 實驗結果討論 49 第五章結論及未來展望 51 5.1 結論 51 5.2 未來展望 52 參考文獻 53 附錄A 雷諾方程式之建立[劉,2001] 57 附錄B 實驗設備 60 圖目錄 圖1.1 鋁製程中電子遷移所產生斷路現象[莊達人,2002] 2 圖2.1 銅膜AFP材料移除機制示意圖 8 圖2.2 AFP示意圖[Kaufman et al.,1991] 10 圖2.3 溫度298.15K,Cu-H2O之Pourbaix diagram 11 圖2.4 金屬銅腐蝕、鈍化及無反應(immunity)區間示意圖 12 圖2.5 Cu-BTA 鈍化膜結構[Moroz et al., 2003] 13 圖2.6 不同壓力與轉速下之流體剪應力分佈圖[劉,2001] 17 圖2.7 拋光墊之隨機粗糙表面與晶圓表面的接觸 18 圖2.8 不同壓力下之拋光漿料厚度分佈圖[劉,2001] 20 圖2.9 不同轉速下之拋光漿料厚度分佈圖[劉,2001] 21 圖2.10 不同壓力下之接觸面積分佈圖 22 圖2.11 不同轉速下之接觸面積分佈圖 22 圖2.12 不同壓力下之摩擦剪應力 23 圖2.13 不同轉速下之摩擦剪應力 23 圖2.14 不同壓力下之總剪應力 24 圖2.15 不同轉速下之總剪應力 25 圖2.16 轉速30rpm時,壓力與移除率理論值之趨勢圖 26 圖2.17 壓力4psi時,轉速與移除率理論值之趨勢圖 27 圖2.18 不同壓力下腐蝕率、機械剔除率與θf之關係圖 29 圖2.19 不同轉速下腐蝕率、機械剔除率與θf之關係圖 29 圖3.1 拋光墊Rodel Politex Regular E.的表面型態[Muldowney & James, 2004] 31 圖3.2 本研究所規劃之實驗流程圖 33 圖3.3 晶圓試片製作示意圖 34 圖4.1 晶圓上量測點位置 36 圖4.2 轉速30rpm與純水環境下不同壓力之拋光移除率 39 圖4.3 壓力4psi與純水環境下不同轉速之拋光移除率 39 圖4.4 轉速30rpm與硝酸添加BTA的環境下不同壓力之拋光移除率 41 圖4.5 轉速30rpm與硝酸添加CA的環境下不同壓力之拋光移除率 42 圖4.6 壓力4psi與硝酸添加BTA的環境下不同轉速之拋光移除率 43 圖4.7 壓力4psi與硝酸添加CA的環境下不同轉速之拋光移除率 44 圖4.8 不同壓力下總剪應力值與純水拋光及無磨粒拋光移除率實驗值比較圖 45 圖4.9 不同轉速下總剪應力值與純水拋光及無磨粒拋光移除率實驗值比較圖 46 圖4.10 不同壓力下各階段的移除率 48 圖4.11 不同轉速下各階段的移除率 48 圖A.1 薄膜內流體微體積的平衡[劉,2001] 57 圖A.2 薄膜內流體微體積的流量平衡[劉,2001] 59 圖B.1 CMP設備 60 圖B.2 CMP後清洗設備 61 圖B.3 金屬膜四點探針 61 圖B.4 SEM量測系統 62 表目錄 表2.1 浸泡溶液成分 14 表2.2 浸泡前後銅片之表面型態 14 表3.1 實驗步驟與使用設備 30 表3.2 無磨粒拋光拋光漿料成分 32 表3.3 實驗參數配置 35 表4.1 純水拋光改變壓力下之實驗數據 37 表4.2 純水拋光改變轉速下之實驗數據 38 表4.3 拋光液添加BTA之AFP實驗數據 40 表4.4 拋光液添加CA之AFP實驗數據 40 表4.5 拋光液添加BTA之AFP實驗數據 42 表4.6 拋光液添加CA之AFP實驗數據 42 表4.7 拋光液添加BTA在改變壓力下之鈍化層生成率 46 表4.8 拋光液添加CA在改變壓力下之鈍化層生成率 46 表4.9 拋光液添加BTA在改變轉速下之鈍化層生成率 47 表4.10 拋光液添加CA在改變轉速下之鈍化層生成率 47zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher機械工程學系zh_TW
dc.subjectAbrasive free polishing (AFP)en_US
dc.subject無磨粒化學機械拋光zh_TW
dc.subjectbenzotriazole (BTA)en_US
dc.subjectcitric acid (CA)en_US
dc.subjectshear stressen_US
dc.subject苯基疊氮zh_TW
dc.subject檸檬酸zh_TW
dc.subject剪應力zh_TW
dc.title晶圓銅膜無磨粒化學機械拋光機制研究zh_TW
dc.titleA STUDY ON WEAR MECHANISMS FOR ABRASIVE FREE POLISHING OF WAFERS WITH COPPER FILMen_US
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.openairetypeThesis and Dissertation-
item.cerifentitytypePublications-
item.fulltextno fulltext-
item.languageiso639-1en_US-
item.grantfulltextnone-
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