化学机械抛光 Slurry 的蜕与进

Slurry是CMP的关键要素之一，其性能直接影响抛光后表面的质量。Slurry一般由超细固体粒子研磨剂(如纳米级SiO2、Al2O3粒子等)、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。固体粒子提供研磨作用，化学氧化剂提供腐蚀溶解作用。影响去除速度的因素有：slurry的化学成分、浓度；磨粒的种类、大小、形状及浓度；slurry的粘度、pH值、流速、流动途径等。Slurry的精确混合和批次之间的一致性对获得硅片与硅片、批与批的重复性是至关重要的，其质量是避免在抛光过程中产生表面划痕的一个重要因素。

Cabot Microelectronics的亚太地区研发总监吴国俊博士介绍说，抛光不同的材料所需的slurry组成、pH值也不尽相同，最早也是最成熟的是氧化物研磨用slurry。用于氧化物介质的一种通用slurry是含超精细硅胶颗粒（均匀悬浮）的碱性氢氧化钾（KOH）溶液，或氢氧化胺（NH4OH）溶液。KOH类slurry由于其稳定的胶粒悬浮特性，是氧化物CMP中应用最广的一种slurry。K+离子是一种可移动的离子玷污，非常容易被互连氧化层，如硼磷硅玻璃（BPSG）俘获。NH4OH类的slurry没有可动离子玷污，但它的悬浮特性不稳定，并且成本较高。此类slurry的pH值通常为10-11，其中的水含量对表面的水合作用和后面的氧化物平坦化至关重要。

在金属钨（W）的CMP工艺中，使用的典型slurry是硅胶或悬浮Al2O3粒子的混合物，溶液的pH值在5.0～6.5之间。金属的CMP大多选用酸性条件，主要是为了保持较高的材料去除速率。一般来说，硅胶粉末比Al2O3要软，对硅片表面不太可能产生擦伤，因而使用更为普遍。WCMP使用的slurry的化学成分是过氧化氢（H2O2）和硅胶或Al2O3研磨颗粒的混合物。抛光过程中，H2O2分解为水和溶于水的O2，O2与W反应生成氧化钨（WO3）。WO3比W软，由此就可以将W去除了。

Slurry研究的最终目的是找到化学作用和机械作用的最佳结合，以致能获得去除速率高、平面度好、膜厚均匀性好及选择性高的slurry。此外还要考虑易清洗性、对设备的腐蚀性、废料的处理费用及安全性等问题。与二十多年前相比，slurry的研究已经从基于经验转变为成熟的基于理论和实践的结合。因此，最终用户可以更好地控制并提高系统和工艺的稳定性、可靠性及可重复性。