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随着芯片制程趋向于细微化和集成化,化学机械抛光(Chemical mechanical planarization,CMP)成为了集成电路制造不可或缺的工艺之一。它是目前集成电路制造中实现全局平坦化的主要工艺。然而特征尺寸的不断减小,集成度的不断提高对化学机械抛光工艺提出了更高的要求。从目前的研究发展来看,对CMP的研究存在着一些实际应用与理论脱节的问题,对CMP工艺的基础研究也还不够全面。2 inch(50mm)与4 inch(100mm)晶圆氧化硅CMP工艺作为目前国内用于实验与测试的主要抛光工艺,对其进行深入研究具有重要意义。因此本文将对此展开研究,对CMP的理论与实践研究提供指导,给出最优化的参数设计。首先,本文以氧化硅为主要抛光材质,对2 inch与4 inch晶圆CMP过程中各主要参数进行系统分析,掌握在实际抛光过程中,各个参数的变化对抛光速率(MRR-material reduce rate)及其片内不均匀度(Nu-non-uniformity)的影响。在此基础上,对实际抛光过程中材料去除速率(MRR)和片内不均匀度(Nu)这两个评价CMP工艺主要指标进行分析,找到影响这两个指标的主要参数,以期改善工艺,优化参数。其次,对抛光头上接触应力分布与抛光头下压力之间的关系进行了研究。分别在抛光头由吸附垫和气膜两种结构组成的情况下,通过实验分析得到了接触压力分布与材料去除速率(MRR)和片内不均匀度(Nu)之间的关系。在使用气膜结构抛光头进行实验时,发现存在着一个片内不均匀度(Nu)极低的区域,随着压力增大,这一区域面积逐渐增大,然而对于整体的Nu值并没有明显的影响。通过静态测量与动态分析得出抛光头的压力分布对抛光速率及其片内不均匀度有着很大的影响。对抛光液流量与落点、抛光垫材质等耗材的参数分析是抛光参数分析的重要部分,找到了它们对于2 inch与4 inch晶圆CMP工艺的影响。实验结果对实际生产和实验都具有一定的指导意义。基于化学机械抛光是动态的工艺过程。本文对抛光头与抛光盘转速以及抛光头与修整器的摆动进行了分析和研究,验证了抛光头与抛光盘转速对材料去除速率和片内不均匀度的影响,找到了2inch与4 inch晶圆CMP中抛光头与修整器摆动的最佳范围。最后,通过正交试验,分析抛光速率及片内不均匀度的主要影响因素。对抛光实验结果影响顺序进行了分析。并且分别找到了 2 inch与4 inch晶圆氧化硅CMP工艺的最佳工艺参数组合。通过重复实验验证了这一结果。实验分析结果对后续实验以及实际生产都有着很大的指导意义。图52幅,表16个,参考文献72篇。