氮化硅是一种CMOS兼容,耐高频的介电材料,作为抛光停止层被用在集成电路(IC)中的浅沟槽隔离(STI)结构中来防止抛光时晶体管被破坏。在浅沟槽隔离工艺中,最关键的一步工艺就是对隔离结构表面的氮化硅层进行化学机械抛光(CMP)加工,而其化学机械抛光的质量将会影响浅沟槽隔离结构的隔离效果。因此,开展氮化硅化学机械抛光的相关研究已经成为发展浅沟槽隔离工艺的关键所在。开展氮化硅化学机械抛光微观去除机理相关研究,有助于提升浅沟槽隔离加工工艺,对提升在集成电路领域的技术水平,实现我国在集成电路领域对世界领先技术的追赶有着深远的战略意义。本文针对氮化硅化学机械抛光加工中微观去除机理问题,模拟化学机械抛光工况,从微观角度下系统地研究了氮化硅化学机械抛光中纯机械作用,纯水解作用及水解-机械耦合作用对氮化硅材料去除的影响规律和机理。首先,在真空环境中,开展了纯机械作用下的氮化硅微观去除实验,探究了氮化硅材料去除过程中机械作用的影响规律。然后,为了探究纯水解作用对氮化硅材料去除的影响规律,在酸碱溶液环境开展氮化硅化学静态腐蚀实验。随后将纯机械作用和纯水解作用相叠加,探究水解机械叠加作用的影响。之后,在不同环境下(包括潮湿环境和不同p H溶液环境)开展氮化硅微观去除实验,研究水,p H和静态腐蚀时间对氮化硅微观去除的影响规律,阐明水解-机械耦合作用下氮化硅微观去除机理。其次,采用二氧化硅探针,在不同p H溶液中磨损氮化硅表面模拟单一磨粒作用下氮化硅的化学机械抛光过程,并与金刚石探针实验结果对比,研究摩擦副化学活性对氮化硅材料去除的影响规律,阐明摩擦副化学活性对氮化硅微观去除的影响机理。并且开展了p H对氮化硅化学机械抛光影响的初步实验探究。基于上述系统性的研究,本文得到的主要结论如下:(1)阐明了纯机械作用和纯水解作用对氮化硅微观去除的贡献程度采用环境可控型原子力显微镜,在真空环境中,使用化学惰性的金刚石探针磨损在氮化硅表面开展微观去除实验,研究了纯机械作用下的氮化硅微观去除规律。结果表明当使用惰性金刚石探针在真空环境下磨损氮化硅,氮化硅表面并不会产生材料去除,而是产生了纳米凸起结构,纯机械作用并不能造成氮化硅微观去除。在酸碱溶液环境中对氮化硅表面磨损区域开展静态腐蚀实验,研究了纯水解作用下氮化硅微观去除规律。结果表明在纯水解作用下,氮化硅材料去除极其微弱,去除能力有限。并且开展了水解机械叠加作用对氮化硅微观去除影响实验。结果表明纯机械作用与纯水解作用二者简单的叠加并不能够造成氮化硅微观去除的产生。(2)水解-机械耦合作用下氮化硅微观去除机理在不同环境中(包括潮湿环境,不同p H溶液环境)使用化学惰性的金刚石探针对氮化硅表面开展微观去除实验,探究水,p H和静态腐蚀时间对氮化硅材料去除的影响规律。在仅有水的环境中,氮化硅并没有材料去除。水能够造成氮化硅表面发生水解,但是这种水解反应特别微弱,不足以造成材料去除。而向环境中引入酸或者碱后,氮化硅能够产生材料去除。酸和碱能够促进氮化硅材料水解,从而促进材料去除。酸通过与氮化硅水解产物中氢氧根离子反应来促进水解反应,碱通过与氮化硅水解产物中二氧化硅来促进水解反应。并且静态腐蚀时间对于氮化硅表面水解层产生没有促进作用,氮化硅材料表面发生水解生成的水解层能够保护氮化硅不发生进一步的水解,所以对氮化硅微观去除基本上没有促进作用。由于金刚石探针的化学惰性性质,金刚石/氮化硅摩擦副间仅存在金刚石的机械作用和氮化硅的水解作用。金刚石的机械作用能够促进氮化硅的水解作用,同时氮化硅的水解作用也促进金刚石的机械作用,水解-机械耦合作用下造成了氮化硅的微观去除。(3)阐明了摩擦副化学活性对氮化硅微观去除的影响机理利用活性的二氧化硅探针,在不同p H溶液环境下对氮化硅表面开展磨损实验,并且与惰性金刚石探针的实验结果进行对比,探究了摩擦副化学活性对氮化硅微观去除的影响规律。结果表明,不同化学活性的摩擦副材料对氮化硅的材料去除有显著的影响。相比化学惰性的金刚石探针,具有化学活性的二氧化硅能够在氮化硅材料表面通过二氧化硅/氮化硅摩擦副间复杂的相互作用机理,造成氮化硅表面更多的材料去除。而由于二氧化硅的化学活性,除了水解-机械耦合作用外,二氧化硅/氮化硅摩擦副间还存在摩擦化学作用,其共同作用造成了氮化硅材料去除。并且在不同p H环境下对氮化硅开展化学机械抛光实验,探究p H对氮化硅化学机械抛光的影响。结果发现宏观抛光实验与微观磨损实验结果基本一致。相关研究成果对理解氮化硅化学机械抛光去除机理有一定的指导意义,有利于优化氮化硅化学机械抛光工艺,推动我国集成电路产业的发展。