提高铝栅CMP表面平整度的研究

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1、分类号：TN305.2密级：公开UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文提高铝栅CMP表面平整度的研究论文作者：冯翠月学生类别：全日制学科门类：电子科学与技术学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：刘玉岭职称：教授原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原

2、创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：DissertationSubmittedtoHebe

3、iUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidElectronicsSTUDYONIMPROVEMENTOFSURFACEEVENNESSOFALUMINUMGATECHEMICALMECHANICALPOLISHINGbyFengCuiyueSupervisor:Pro.LiuYulingMarch2016摘要CMOS制造工艺中HKMG结构的铝栅CMP的表面平整度直接影响CMOS器件的电性能。国际上铝栅CMP采用酸

4、性抛光液，其抛光液中加入的磷酸、硝酸会造成大气污染，排放的污水中含有磷酸盐和硝酸盐，造成水体污染。因此本课题研究铝栅CMP碱性抛光液。铝为氢前两性金属，在pH>8.3或pH<5时，表面产生大量氢气泡，在表面产生大量蚀坑缺陷，需要加入抗蚀剂，但是抗蚀剂极易腐蚀设备，因此不加抗蚀剂的铝栅CMP碱性抛光液的研究与应用还有很大难度。针对国内外铝栅CMP存在的理论与技术问题，本课题铝栅CMP碱性抛光液采用自主研发的螯合力强、易清洗、环保的FA/OII型螯合剂，研究碱性条件下过氧化氢、FA/OII型螯合剂对铝金属静

5、态腐蚀、电化学腐蚀行为特点，结合两种试剂浓度变化对表面平整度、去除速率的影响，建立铝栅CMP电化学腐蚀动力学的机理模型。以阿伦尼乌斯方程及反应暂态理论作为指导依据，研究碱性条件下过氧化氢自钝化、FA/OII型螯合剂的络合溶解以及硅溶胶磨料的机械磨除传质过程，从而得到铝栅化学机械平坦化控制机理。当过氧化氢为2.0vol.%，FA/OII型螯合剂为1.5vol.%，硅溶胶磨料为20wt%时，自钝化-络合溶解-传质三个过程达到动态平衡，实现了铝栅CMP过程高平整度及速率可控的要求。课题同时采用自主研发的高渗透

6、、低表面张力FA/OI型非离子表面活性剂，利用电化学工作站实现吸附机制的分析，结合原子力显微镜、接触角测量仪等探究表面活性剂对表面张力及表面优先物理吸附作用的影响，从理论、材料、技术方面有效地解决了铝表面析氢腐蚀这一国际技术难题，进一步提高铝栅表面平整度。本论文对铝栅CMP过程中几个关键工艺参数进行研究，结合动力学、流体力学以及压力模型理论，得出了铝栅CMP表面平整度最佳的抛光工艺参数。本论文提供了系统的研究方法和可靠的实验数据，建立了一种新的铝栅CMP抛光模型，对提高铝栅CMP表面平整度的研究具有重要

7、指导意义。关键词：铝栅CMP碱性抛光液表面粗糙度去除速率IABSTRACTSurfaceevennessofaluminumgateinHKMGstructureofCMOSmanufacturingtechniquedirectlyaffectstheelectricalperformanceofCMOSdevice.TheslurryofaluminumgateCMPisacidicontheinternational.Itsslurryusuallyusedphosphoricandnitrica

8、cid.Itcancauseairpollutionwithhazardousgaseousemissionsandcanalsocausewaterpollutionduetotheeffluentofwastewaterwhichcontainsphosphatesandnitrates.Hence,thispaperstudyonaluminumgatealkalineslurry.Aluminum,asametalloidandhy