中国博士后基金资助-铜化学机械平坦化中的化学与机械协.pdf

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1、 1 原 件 原 件 复制件 复制件 中 国 博 士 后 科 学 基 金 资 助 金 申 请 表 中 国 博 士 后 科 学 基 金 资 助 金 申 请 表 申请人姓名申请人姓名 李秀娟李秀娟 编编 号号 辽博后(字)2003-45 号辽博后(字)2003-45 号 设设 站站 单单 位位 大连理工大学大连理工大学 流动站名称流动站名称 机械工程机械工程（一级学科）（一级学科）进进 站站 日日 期期 2003 年 10 月 20 日 2003 年 10 月 20 日 通通 讯讯 地地 址址 辽宁省大连市凌工路 2 号 大连理工大学机械工程学院辽宁省大连市凌工路 2 号 大连理工大学机械工程学院

2、 邮邮 政政 编编 码码 116023 电电 话话 0411-84707430 0411-84707430 0 0 2004 年 9 月 23 日 填表2004 年 9 月 23 日 填表投送一级学科：投送一级学科：机械工程机械工程 二二 级级 学学 科：科：机械制造及自动化机械制造及自动化 2 申 请 须 知 申 请 须 知 1、申请者必须认真阅读现时执行的中国博士后科学基金资助条例，并按该条例有关规定进行申请。、申请者必须认真阅读现时执行的中国博士后科学基金资助条例，并按该条例有关规定进行申请。2、申请者打字填写（如不具备打字条件时，请用钢笔或圆珠笔正楷书写，不要用铅笔填写）本表、申请者打

3、字填写（如不具备打字条件时，请用钢笔或圆珠笔正楷书写，不要用铅笔填写）本表 1 至至 6 页，并由二位推荐人在页，并由二位推荐人在 7 和和 8 页分别填写推荐意见，报所在设站单位（含经批准招收博士后的非设站单位，下同）。经设站单位在页分别填写推荐意见，报所在设站单位（含经批准招收博士后的非设站单位，下同）。经设站单位在 9 页填写审核意见后再用页填写审核意见后再用 B5 复印纸进行复制。复印纸进行复制。3、每位申请者需向中国博士后科学基金会交纳评审资料费、每位申请者需向中国博士后科学基金会交纳评审资料费 100 元人民币，未交纳的，不予受理。元人民币，未交纳的，不予受理。4、各设站单位于每年

4、三月十日至三月三十一日或九月十日至九月三十日期间将本单位所有申请者的申请表（一式七份，必含原件）和评审资料费集中汇至中国博士后科学基金会。、各设站单位于每年三月十日至三月三十一日或九月十日至九月三十日期间将本单位所有申请者的申请表（一式七份，必含原件）和评审资料费集中汇至中国博士后科学基金会。5、本表封面上的“原件”和“复印件”系指本份材料是原件或复印件，请在相应的方框内打“”；“编号”系指申请进站时，全国博士后管委会办公室或有关省、市对博士后研究人员的统一编号；“投送学科”系指申请资助项目所属的学科领域。若是交叉学科或跨学科，则应填写所涉及的主要学科名称。学科须按国务院学位委员会公布的标准名

5、称填写。、本表封面上的“原件”和“复印件”系指本份材料是原件或复印件，请在相应的方框内打“”；“编号”系指申请进站时，全国博士后管委会办公室或有关省、市对博士后研究人员的统一编号；“投送学科”系指申请资助项目所属的学科领域。若是交叉学科或跨学科，则应填写所涉及的主要学科名称。学科须按国务院学位委员会公布的标准名称填写。6、填表必须实事求是，认真翔实，不得虚报或留空。有的栏目如无内容可填，请写上“无”、“未”等字；若填写不下，可另附纸。、填表必须实事求是，认真翔实，不得虚报或留空。有的栏目如无内容可填，请写上“无”、“未”等字；若填写不下，可另附纸。3 姓 名 李秀娟 性 别 女出生年月 197

6、4，4 民 族 汉族 博士后日常经 费来源 国家资助 单位自筹 企业提供（企业博士后）来自重大科研项目经费（项目博士后）学 位 获得年月攻读学位单位学位论文题目 导师 学 士 1997.7 东北大学 连续振动造粒机设计 张敬民 硕 士 2000.3 东北大学 钢铜副润滑油添加剂的实验研究 杨文通 学 位 情 况 博 士 2003.7 哈尔滨工业大学小型涡喷发动机轴承失效分析与陶瓷轴承的润滑特性研究 王黎钦 起止年月 单 位 研 究 工 作 职 务 1998.32000.1东北大学 极压抗磨添加剂对钢铜副作用研究 硕士生 2000.32003.7哈尔滨工业大学 高速弹用涡喷发动机轴承研究 博士生

7、 2003.10现在大连理工大学 铜化学机械抛光材料去除机理研究 博士后 要 研 究 工 作 经 历 4主要研究成果：已发表在国内外核心学术刊物上的论文题目、全部作者署名顺序、发表时间、刊登论文的刊物名称以及被 SCI、EI、ISR、SSCI 收录、引用的情况；获得专利的名称、内容和号码；有何发明创造、技术革新、工艺设计和过程等。请务必具体说明以上成果的科学价值、应用前景、经济效益、社会效益以及本人在这些成果中的主要贡献及所获得奖励的名称、等级和获奖人的排名顺序。1、1、本人目前在大连理工大学博士后流动站主要参与国家自然科学基金的重大项目：超精抛光中的纳米粒子行为和化学作用及平整化原理与技术（

8、编号：50390061）在进行超大规模集成电路制造中的铜化学机械平坦化机理研究方面已发表论文如下：1)李秀娟，金洙吉，苏建修，康仁科，郭东明.铜化学机械抛光中的平坦化问题研究.半导体技术.2004,29(7):30-34 2)李秀娟，金洙吉，苏建修，康仁科，郭东明.铜化学机械抛光中电化学理论的应用研究.润滑与密封.2005.1（已录用）2、在哈尔滨工业大学攻读博士期间，结合航天科工集团项目 3 院的横向课题弹用陶瓷轴承研制和弹用高速轴承延寿技术研究以及教育部归国人员基金等项目，进行了高速了弹用涡喷发动机主轴轴承的测试系统研究和轴承测试工作，研究成果已经应用于鹰击系列弹用发动机轴承的延寿。本人的

9、主要工作为：研制了高速轴承测试系统，该测试系统完全模拟弹用轴承的运转工况，可以在 040 000r/min 范围内测试轴承的系统功耗、温升以及轴承的振动。并利用实验台研究了高速高温重载混合式陶瓷轴承脂润滑的热特性。提出套圈和保持架间的严重磨损失效是小型涡喷发动机用轴承的固有失效形式，通过对轴承部件间的相对运动和轴承的润滑工况分析,得出轴承的严重磨损失效是由于高速运动的保持架运动不稳定造成的，提出采用外引导保持架的改进措施，新的外引导轴承成功的通过了台架考核。结合项目发表的结合项目发表的 EI 源论文源论文 3)李秀娟,王黎钦,古乐,齐毓霖.表面涂敷聚四氟乙烯固体润滑薄膜的混合式陶瓷球轴承与全钢

10、轴承性能对比分析.摩擦学学报.2003,23(2):149-153 （EI 检索 03437696566）4)Li xiujuan,Wang liqin Gu Le,Qi Yulin.Calculation of flash temperature for hybrid ceramic ball bearing lubricated with solid.Journal of Harbin Institute of Technology,2002,9(4):371-375 （EI 检 索03187453642）5)王黎钦,李秀娟,古乐,齐毓霖.弹用混合式陶瓷轴承的开发研究.推进技术.2001,

11、22（6）：522-525(EI检索 02397107301)6)li xiujuan,Wang Linqin,Gu le.Performance of High-Speed Grease Lubricated Hybrid Ceramic Ball Bearing.Tsinghua Science and Technology.2004,9(3):322-326 国际会议和核心期刊论文国际会议和核心期刊论文 7)X.J.Li,L.Q.WANG,L.GU,Y.l.QI.Application of plasma-immersion ion implantation to improvement

12、 of anti-wear performance of high-speed ball bearing.ISTF international conference,Ukraine.2002:115-119 8)Li-qin Wang,Xiu-juan Li,Le Gu.Vibration in Grease Lubricated Ceramic Ball Bearing System.Proceeding of the 11th World Congress in Mechanism and Machine Science.April 1-4,2004,Tianjin,China.2371-

13、2374 9)李秀娟,王黎钦,古乐,齐毓霖.高速陶瓷球轴承脂润滑试验研究.润滑与密封.2002(3):19-21(EI page one 02407124633)10)李秀娟,王黎钦,古乐,齐毓霖.涡喷发动机高温高速轴承失效机理及改进措施.机械科学与技术.2002，20（6）：963-965(EI page one 02517284627)5申 请 资 助 项 目 情 况 名 中文 铜化学机械平坦化中的化学与机械协同作用机理研究 铜化学机械平坦化中的化学与机械协同作用机理研究 称 英文 Research on Chemical and Mechanical synergistic mechan

14、ism of the copper chemical-mechanical planarization 研究类别 基础研究 应用基础 技术开发 国家重点项目 省市或部门重大项目 自选项目 863高技术研究项目 国家自然科学基金项目 项目来源 其他项目 研究经费 来源及 数 额 申请资助 3 万元人民币。一、一、项目的具体内容、预期目标及国内外在这方面研究的现状：1、研究的内容 项目的具体内容、预期目标及国内外在这方面研究的现状：1、研究的内容 本项目对集成电路（IC）制造中的多层互联材料铜在化学机械平坦化（CMP）中的化学与机械的协同作用机理进行研究。铜 CMP 过程中，化学作用主要包括硅片表

15、面铜薄膜在抛光液作用下的氧化和腐蚀抑制剂对薄膜表面的钝化等；机械作用主要为磨粒、抛光垫与硅片间的摩擦运动致使铜表面材料被去除，新鲜的铜表面不断的被裸露出来。铜 CMP 在这种化学与机械的协同作用下实现表面的平坦化。从铜 CMP 的化学与机械协同作用上看，可以认为抛光过程的材料去除是一种腐蚀磨损过程,因此可以将材料去除分为单纯化学腐蚀磨损、单纯机械磨损、化学增强的机械磨损和机械增强的化学磨损几个方面。本项目拟采用腐蚀磨损的方法进行铜 CMP材料去除机理的研究，具体研究内容包括：(1)抛光液对铜薄膜的化学腐蚀作用机理研究 利用电化学测试和成分分析设备定性的分析抛光液中氧化剂、缓蚀剂、螯合剂等主要化

16、学成分对铜的化学腐蚀引起的材料去除和作用机理；测试单纯流体搅动对铜腐蚀的影响。(2)单纯磨粒和抛光垫对材料去除的影响 获得不存在化学腐蚀情况下的材料机械去除量和表面情况。(3)抛光动态过程中化学腐蚀和机械作用下材料去除的影响 在抛光中，抛光液、抛光垫、磨粒和硅片均处于动态的过程中，研究该状态下系统的腐蚀动力，获得动态的腐蚀材料去除量，从而获得化学与机械协调作用的定量关系。6(4)化学与机械协同作用的模型；根据获得的抛光液特性与机械参数的关系规律，综合考虑抛光液、抛光垫特性和工艺参数之间的相互影响，建立抛光材料去除的化学与机械协同作用的铜 CMP 模型。2、预期目标 2、预期目标 通过展开以上内

17、容的研究获得：1)揭示铜化学机械抛光过程中的化学腐蚀和机械协同作用的机理；2)建立铜 CMP的腐蚀和机械作用协同作用的模型，以减少 CMP工艺参数对实验的依赖性。3、国内外研究现状 3、国内外研究现状 随着集成电路（IC）的高速化、高集成化、高密度化和高性能化，IC 导线结构呈现立体化，金属布线层数不断增加，同时随着暴光微细化对平坦化要求的增加，为达到将表面微凹凸消除以实现多层布线的目标，就必须深入研究平坦化技术来获得高质量的平坦表面。由于铜比铝具有更低的电阻率、优越的抗电迁移特性和低的热敏感性，可以产生较小的 RC 延迟并能提高电路的可靠性，可以明显的改善 IC 的性能。目前，绝大多数铜布线

18、处于 0.18m-0.13m 工艺阶段，约 40%的逻辑电路生产线会用到铜布线工艺。据预测，到了 0.1m工艺阶段，则有 90%的半导体生产线采用铜布线工艺。铜 CMP已经成为 ULSI制程中大马士革镶嵌工艺的平坦化技术研究的热点。由于铜比较“软”，在抛光中比较容易划伤，而且铜受到抛光液的腐蚀作用，使得铜 CMP的机理复杂，还有待于进一步的研究。目前的铜 CMP机理研究主要集中在铜抛光液化学作用机理和针对抛光垫与硅片间的不同接触形式进行的基于物理的材料去除机理研究两个方面。铜抛光液一般含有氧化剂、络合剂、腐蚀抑制剂、pH 值调节剂以及其他化学添加剂的电解质溶液，会在铜表面发生电化学腐蚀。由于铜

19、 CMP 既可以在中性也可以在酸、碱性范围内进行，使得抛光液种类繁多，化学机理各异。针对抛光液对铜作用的化学机理，采用电位-pH 图和电化学测试技术包括极化曲线、电化学阻抗谱和开路电压等电化学分析方法已经展开了大量的铜 CMP 抛光液的电化学性能研究19。电位-pH 图可用作铜在抛光液中化学反应物的分析，也可以为合理选择抛光液提供依据。其中，Huang 等人3根据铜-羟氨-水系统的电位-pH 图分析了不同 pH 值情况下铜 CMP 时，羟氨对铜的氧化和溶解作用。极化曲线的测试已经用于分析表面氧化剂浓度变化以及在抛光液中的络合剂、腐蚀抑制剂和稳定剂等对铜 CMP 的影响 8,9。Tsai4等人采

20、用电化学阻抗谱(EIS)这种电化学动力学的研究手段，判断总的铜 CMP 中的电化学过程包含的子过程，探讨对应的子过程的动力学特征，确定 EIS 的等效电路和数学模型。在采用电化学测试的同时，采用表面分析技术和成分分析技术获得化学作用的反应物成分和有关的表面状况，如采用原子力显微镜、扫描电镜观测表面形貌和 X射线能谱以及红外光谱分析等手段进行反应膜的成分分析。在 CMP的机械作用方面，根据不同的压力和速度条件下硅片与抛光垫间所处的接触状态的不同，已经提出了接触模型10、流体模型11,12和流体和接触同时作用的混合模型13。目前认为半接触的混合模型与实际的情况比较符合，更容易被接受。但以上机械作用

21、模型的研究，均没有考虑抛光中的具体化学作用影响；接触模型一般依据磨料磨损的计算方法来分析磨粒对铜的材料去除影响。因而目前提出的物理模型还不能完全描述抛光的全过程。目前，对 CMP过程中的机械和化学的协调作用的研究还比较少。Tsai4等人通过对抛 7光过程中的电化学阻抗谱的测试和铜 CMP实验，研究了机械作用下 CMP化学腐蚀的影响，并得出抛光过程中的材料去除主要是机械作用，但没有进行影响因素的定量分析。此外 Ziomek-Moroz等人2用腐蚀磨损来解释金属 CMP过程，但没有针对铜 CMP进行深入的理论和实验研究。国内的胡岳华、刘玉岭等人也展开了铜 CMP机理研究，但其研究主要集中在 CMP

22、抛光液的研制14、CMP影响因素以及电化学行为的研究等方面15。而对 CMP材料去除的化学和机械协同作用机理的研究还没有展开。本项目开展铜 CMP过程的电化学和机械的协调作用机理研究，利用相对成熟的腐蚀磨损和摩擦化学磨损的研究方法和电化学测试技术，采用实验和理论相结合的方法实现对铜 CMP的材料去除机理的揭示。参考文献 参考文献 1J.M.Steigerwald,S.P.Murarka,R.J.Gutmann,D.J.Duquette.Chemical process in the chemical mechanical polishing of copper.Materials Chemie

23、try and Physics 1995,41:217-228 2M.Ziomek-Moroz,A.Miller,J.Hawk,K.Cadien,D.Y.Li.An overview of corrosionwear interaction for planarizing metallic thin films.Wear,2003,255:869874 3Wayne Huang,Subramanian Tamilmani,Srini Raghavan,Robert Small.Dissolution of copper thin films in hydroxylamine-based sol

24、utions.Int.J.Miner.Process.2003,72:365-372 4Tzu-Hsuan Tsai,Yung-Fu Wu,Shi-Chern Yen.A study of copper chemical mechanical polishing in ureahydrogen peroxide slurry by electrochemical impedance spectroscopy.Applied Surface Science.2003,214:120-135 5Q.Luo a,1,D.R.Campbell,S.V.Babu.Chemical mechanical

25、polishing of copper in alkaline media.Thin Solid Films 1997,311:177-182 6D.Zeidler,Z.Stavreva,M.Plotner,K.Drescher.Characterization of Cu chemical mechanical polishing by electrochemical investigations.Microelectronic Engineering.1997,33:259-265 7Tianbao Du,Dnyanesh Tamboli,Vimal Desai.Electrochemic

26、al characterization of copper chemical mechanical polishing.Microelectronic Engineering.2003,69:19 8Y.Ein-Eli,E.Abelev,D.Starosvetsky.Electrochemical aspects of copper chemical mechanical planarization(CMP)in peroxide based slurries containing BTA and glycine.Electrochimica Acta.2004,49:14991503 9Na

27、m-Hoon Kim,Jong-Heun Lim,Sang-Yong Kim,Eui-Goo Chang.Effects of phosphoric acid stabilizer on copper and tantalum nitride CMP.Materials Letters.2003,57:4601-4604 10J.J.Vlassak.A model for chemical-mechanical polishing of a material surface based on contact mechanics.Journal of the mechanics and phys

28、ics of solids.2004,52:847-873 11S.Sundararajan,D.G.Thakurta,D.W Schwendeman,S.P Murarka,W.N.Gill.Two-dimensionalwafer-scale chemical mechanical planarization models based on lubrication theory and mass transport.J.Electrochem.Soc.1999,146(2):761-766 12 Su Jianxiu,Guo Dongming,Kang Renke,et al.Study

29、on material removal mechanism in wafer chemical mechanical polishing based on physical model，Proceedings of the 6th International Conference on Frontiers of Design and Manufacturing,June 21-23,2004,Xian,China.Science Press and Science Press USA Inc.145-147 13 J.Tichy,J.A.Levert,L.Shan,S.Danyluk.Cont

30、act mechanics and lubrication hydrodynamics of chemical mechanical polishing.J.Electrochem.Soc.1999,146(4):1523-1528.14王新，刘玉岭.用于 ULSI 铜布线的化学机械抛光分析.河北工业大学学报.2002，31(1):33-37 15胡岳华,何捍卫,黄可龙.铜在氨水介质铁氰化钾抛光液中 CMP 的电化学行为研究.电化学.2001，11（4）：480-486 8 二、项目的科学意义、学术价值、应用前景、解决什么前人尚未解决的问题并务必说明本人的创新之处及主要特色：二、项目的科学意义

31、、学术价值、应用前景、解决什么前人尚未解决的问题并务必说明本人的创新之处及主要特色：1、项目的科学意义、学术价值1、项目的科学意义、学术价值 本项目针对下一代铜布线大马士革工艺对 CMP技术提出的挑战以及传统铜 CMP机理研究的局限性，研究铜的化学机械协同作用机理。通过实验研究揭示铜 CMP过程中的摩擦/磨损规律和电化学腐蚀的协同作用；分析材料微观去除机理以及纳米表面的形成机理；研究抛光液的化学、电化学和物理性能；抛光控制参数如抛光压力、转速等工艺参数对材料去除率的影响；确定抛光液、抛光垫结构、抛光压力和相对运动速度等工艺参数的匹配关系、机械和化学作用的平衡关系。本项目涉及到机械学、化学反应动

32、力学、腐蚀电化学、摩擦化学、摩擦学、流体力学等多个学科领域，是多学科交叉的前沿性研究课题。本项目的研究将进一步揭示铜 CMP过程的机理，为超大规模集成电路（IC）制造的多层布线的平坦化技术提供理论依据。此外，本项目的研究将丰富超精密加工的理论，为我国 IC 制造提供拥有自主产权的高质量、高效率、低成本的超精密加工技术，对实现深亚微米 IC 制造技术的跨越式发展具有深远的意义。2、应用前景、应用前景 当前，电子信息产业正在成为世界经济竞争新的焦点，世界微电子产业的重心正在向亚太地区转移，我国微电子产业每年以大于 30%的增长速度快速发展，预计 2010 年后前后，中国大陆将成为世界微电子产业的制

33、造中心。但是我们不可能从国外得到 IC 制造的核心技术和最新技术。近几年，国内建成不少 IC 生产线，但技术水平与国外有较大差距，亚微米 IC 制造的关键技术主要依靠引进，深亚微米 IC 制造的核心技术受到国外限制，无法掌握。跨国公司在我国投资时，往往采取的是把旧科技转移到我国的政策，而不是一开始就引进新科技。因此，必须引起高度重视，对先进 IC 制造工艺的基础理论开展深入系统的研究。3、拟解决的问题、拟解决的问题?定量分析铜 CMP中的化学和机械作用所占的比例及相关主要影响因素；?寻找到铜 CMP的化学控制到机械控制间的关键点和协同作用的影响因素。4、主要创新点、主要创新点?针对铜 CMP过

34、程中的材料去除主要是由铜的电化学腐蚀和机械的协同作用去除这一现象，创新性的采用腐蚀磨损的方法研究铜 CMP的材料去除中化学和机械协同作用的机理。?综合考虑抛光过程中的化学和机械的协同作用机理，避免了单纯分析抛光液的化学作用机理和单纯分析磨料的机械去除机理所存在的不全面的缺点。9 三、拟采取的研究方法、实验方案、技术路线：1、研究方法 三、拟采取的研究方法、实验方案、技术路线：1、研究方法 综合运用摩擦化学、化学反应动力学、电化学测试技术等多学科的知识，采用实验与理论分析相结合的方法，通过一系列的实验得到抛光液中各因素的作用和对抛光性能的影响；在实验基础上结合化学机械抛光中摩擦化学机理的分析结果

35、，综合考虑抛光液与抛光垫特性、抛光工艺参数间的相互作用关系进行 CMP材料去除的模型研究。2、实验方案 2、实验方案 1)抛光液对铜的化学腐蚀机理研究 采用电化学的分析和测试手段，对浸泡在抛光液中的铜进行分析，获得单纯化学作用下铜材料的去除率。改装现有的恒磁力搅拌器，利用改装后的恒磁力搅拌器进行流体搅拌状态下的腐蚀实验，获得流体搅动增强的化学腐蚀情况。采用 XPS 和 IR 等分析铜表面的成分变化，利用 ZYGO 和 AFM 测试浸泡前后的铜表面。获得化学腐蚀对纳米级铜表面的形貌影响。2)单纯磨粒和抛光垫对铜的材料去除的影响 用 SiO2和 AlO3微粉配置抛光液，并进行铜 CMP 实验。获得

36、抛光材料去除率和表面质量数值。3)抛光过程中化学腐蚀和机械作用对抛光材料去除率的影响 通过研究不同摩擦条件（抛光压力、转速）下，工件表面的物理化学成分的变化，探讨 CMP 中摩擦化学反应过程和机理。结合不同的抛光时间阶段及不同的摩擦条件下材料的去除量、表面质量检测，得到摩擦化学反应在材料去除和表面平整化中的作用机理。4)抛光表面和化学成分的分析 拟采用原子力显微镜(AFM)、电子探针显微镜（EPMA）、俄歇能谱（AES）、X 射线电子能谱（XPS）等分析抛光表面的形貌、机械、物理、化学成分的变化。采用 SEM、AFM 检测抛光后表面的缺陷如划痕、凹坑等的行貌和大小；XPS 分析微缺陷处的化学成

37、分；AES分析微缺陷处化学成分的深度分布。3、技术路线、技术路线(1)通过实验研究获得单独的化学作用和机械作用对铜 CMP的影响，从而确定出化学和机械协同作用对抛光去除量的实际影响值。在此基础上研究不同的机械参数和抛光液的主要化学成分如氧化剂和腐蚀抑制剂等的协同作用机理。(2)依据获取的抛光质量数据和过程参数及抛光液的主要成分和含量，建立铜 CMP中的化学和机械协同作用的模型。10 四、研究工作的总体计划及目前进展情况：1、根据研究内容拟按如下计划进行研究 四、研究工作的总体计划及目前进展情况：1、根据研究内容拟按如下计划进行研究 2003.11-2004.4 完成实验的准备工作 1)完成资料

38、的收集、分析；2)完成实验用的铜薄膜的制备；采用离子溅射的方法在已经生成氧化膜的单晶硅片上生长阻挡层后通过磁控溅射生长铜籽晶，最后完成铜的电镀。以上工艺在大连理工大学 MEMS研究中心已经实现。2004.5-2004.11 进行抛光液的腐蚀机理和机械的材料去除机理实验 1)完成铜抛光液对铜的腐蚀作用机理的分析；这部分包括抛光液的电化学性能对铜抛光的影响和化学腐蚀作用对铜表面形貌影响的分析；化学成分如氧化剂 H2O2和 FeNO3，腐蚀抑制剂如柠檬酸和苯丙三唑等的浓度变化对铜腐蚀率的影响。进行生成的反应物膜的性能测试。2)进行在流体搅拌情况下，铜的腐蚀材料去除量；3)进行单纯磨料作用下的材料去除

39、量的测量。2004.11-2005.5 进行铜的化学与机械协同作用的影响实验 1)进行铜的 CMP实验，确定化学和机械协同作用导致的材料去除;2)进行相应的机理分析；3)获得化学和机械协同作用的主要影响因素和找到抛光参数和化学成分间协调作用的关系。2005.6-2005.10 建立化学机械协同作用机理模型 1)根据获得的实验数据和所获得的化学机理进行建模研究;2)进行抛光实验，对建立的模型进行修正；3)总结。2、目前进展的情况、目前进展的情况 目前已经完成了铜薄膜的制备、完成铜了的静态腐蚀实验，获得了铜在腐蚀前后的形貌并进行了铜表面的化学成分分析。目前的研究结果表明，单纯的化学腐蚀作用使得铜表

40、面粗糙度增大，而且加有腐蚀抑制剂的抛光液对材料的腐蚀非常少。已经完成搅拌情况下流体对铜腐蚀的影响实验。单纯磨料对铜的材料去除影响正处于实验研究阶段。不过已经获得的数据表明了单纯的磨料去除的材料量比较少。以上研究结果证明铜 CMP 中的主要材料去除是化学机械的协同作用。证明采用腐蚀磨损的分析方法来研究铜 CMP 的思路是正确的。11 五、现有条件（参加该项目工作的科研人员简况、仪器设备、实验材料、图书资料等）与尚缺的条件：五、现有条件（参加该项目工作的科研人员简况、仪器设备、实验材料、图书资料等）与尚缺的条件：1、参加人员 1、参加人员 参与该项目的主要科研人员简况 参与该项目的主要科研人员简况

41、 1 金洙吉金洙吉，大连理工大学，副教授，主要从事铜 CMP 的电化学测试和相关机理研究。2 苏建修苏建修，博士研究生，主要从事 CMP 的机械作用影响分析；已发表相关论文 5 篇 3 刘瑞鸿刘瑞鸿，博士研究生，主要从事抛光液的化学成分对抛光的作用机理的研究；2、所具有的研究环境和仪器设备条件如下 研究环境条件：2、所具有的研究环境和仪器设备条件如下 研究环境条件：具有 1100m2（1000 级）和 100 m2（100 级）恒温超净实验室。建有18M超纯去离子水制备系统。实验设备：实验设备：美国 CETR 公司 CP-4 型化学机械抛光（CMP）试验台，实验室拥有微米/纳米运动动态测试仪、

42、扫描隧道显微镜、原子力显微镜（AFM），XPS、ZYGO 公司 NewView5022 型 3D 表面轮廓仪（垂直方向分辨率 1）、DC260 高分辨率数字照相机、日本 Keyence 公司 1800 万像素数码显微镜。大连理工大学“三束材料表面改性国家重点实验室”、“精细化工国家重点实验室”及校内其它实验室拥有先进的激光测量仪器、X 射线衍射仪、透射电镜、电子探针、扫描电镜、俄歇能谱仪、光学反射率检测仪、原子吸收光谱议、电化学综合分析仪等仪器设备。3、尚缺条件、尚缺条件 目前实验室不具备测试抛光条件下的腐蚀电化学参数的设备，拟利用大连理工大学的腐蚀防护实验室的电化学测试设备改装后实现。六、申

43、请资助等级与金额 一 等，人民币 3.0 万元 使用资助金的计划及用途：使用资助金的计划及用途：科目 费用（万元）备注 测试分析费 0.6 SEM，XPS，IR，实验设备改装费0.5 改造电化学测试设备 设备费 实验材料费 0.6 硅片的购置，氧化、溅射、电镀和化学试剂 会议费/差旅费0.4 协作调研、参加国际会议 1 次 业务费 发表论文 0.6 国际、国内论文 34 篇 其他 0.3 管理费，实验、办公用品耗材 合计 3.0 万元 12 七、推荐人意见(1)（请对项目的意义、具体内容、创新点、主要特色和取得预期成果 的可能性，申请人的学术水平及研究能力等进行评议）：七、推荐人意见(1)（请

44、对项目的意义、具体内容、创新点、主要特色和取得预期成果 的可能性，申请人的学术水平及研究能力等进行评议）：李秀娟同志自从2003进入本学科博士后科研流动站以来，在较短的时间内进入课题。在前期研究工作中表现出很强的科研工作能力。本项目是申请者在博士研究工作基础上，结合入站后参加课题组在微电子制造方面的优势和我国微电子制造业发展的急需，经过调研和查阅资料提出的。铜的化学机械抛光是ULSI多层布线中的关键工艺，从目前的发展水平看40%的逻辑电路生产线会用到铜布线工艺，我国的集成电路制造也正向铜互联线发展，在这一时期需要继续开展扎实的基础与应用基础研究。本项目提出采用腐蚀磨损理论研究铜的化学机械平坦化

45、中的材料去除，将材料去除分为单纯化学腐蚀磨损、单纯机械磨损、化学增强的机械磨损和机械增强的化学磨损几个方面进行材料去除的机械与化学协同作用机理研究的方法具有创新性。提出的研究方法可行，在本流动站实验室条件、以及现有研究工作基础上可以达到预期研究目标，建议给予资助。特此推荐。推荐人姓名：郭东明 职称：教授 专业：机械制造及其自动化 推荐人单位：大连理工大学机械工程学院 签字或盖章：年 月 日 注：填写推荐人姓名时，请正楷书写 13七、推荐人意见(2)（请对项目的意义、具体内容、创新点、主要特色和取得预期成果 的可能性，申请人的学术水平及研究能力等进行评议）：七、推荐人意见(2)（请对项目的意义、

46、具体内容、创新点、主要特色和取得预期成果 的可能性，申请人的学术水平及研究能力等进行评议）：ULSI制程中大马士革镶嵌工艺的平坦化关键工艺铜化学机械抛光，其材料去除是多因素影响的复杂的动态过程，其中的电化学作用和摩擦运动等涉及到化学反应动力学、电化学、表面测试技术、接触力学、流体力学等多个学科，具有较高的学术研究价值。本项目的研究为丰富超精密加工理论和提供我国IC 制造拥有自主产权的高质量、高效率、低成本的超精密加工技术也具有重要的意义。本项目申请人具备摩擦学方面的研究基础。拟开展以腐蚀磨损理论为依据研究铜CMP的化学和机械协同作用这一主要铜CMP材料去除机理具有创新性。申请者所在流动站具有本

47、项目开展所需的实验室条件和仪器设备，研究目标明确，研究内容具体，提出的研究方法可行，建议给予资助。特此推荐。推荐人姓名：康仁科 职称：教授 专业：机械制造及其自动化 推荐人单位：大连理工大学机械工程学院 签字或盖章：年 月 日 注：填写推荐人姓名时，请正楷书写 14 八、申请者所在单位（学校，研究院、所）审核意见（本表前列各项内容填写是否申请者所在单位（学校，研究院、所）审核意见（本表前列各项内容填写是否 属实，对推荐人的评议有无补充说明，预计在站期间项目能否完成或取得何种属实，对推荐人的评议有无补充说明，预计在站期间项目能否完成或取得何种 阶段成果以及申请者思想政治状况如何等）：阶段成果以及

48、申请者思想政治状况如何等）：申请者进站以来，积极承担科研任务，表现出较强的科研工作能力。本校精密与特种加工教育部重点实验室为本项目的开展提供了较好的实验室条件和仪器设备，预计在站期间可以圆满完成项目申请提出的工作内容。上述各项内容属实，同意申报。负责人（签章）：单位（盖章）：年 月 日 评定结果：经专家评审，中国博士后科学基金会决定：予以 等资助，金额为：人民币 元。中国博士后科学基金会（盖章）年 月 日 中国博士后科学基金会制（1996 年 11 月）15附 页 申请项目的简介 附 页 申请项目的简介 姓 名姓 名：李秀娟李秀娟 单 位单 位：大连理工大学大连理工大学 题 目题 目：铜化学机

49、械平坦化中的化学与机械协同作用机理研究铜化学机械平坦化中的化学与机械协同作用机理研究 项目简介项目简介：本项目针对超大规模集成电路制造中铜布线大马士革工艺对 CMP 技术提出的挑战以及传统铜 CMP 机理研究的局限性，研究铜 CMP 的化学机械协同作用机理。铜 CMP 过程中，化学作用主要包括硅片表面铜薄膜在抛光液的作用下氧化和腐蚀抑制剂对薄膜的钝化；磨粒和抛光垫与硅片间的机械作用致使铜表面磨损，新鲜的铜表面不断的裸露出来，在这种化学与机械的协同作用下实现表面的平坦化。为揭示铜化学机械抛光过程中的化学腐蚀和机械协同作用的机理，以减少 CMP 工艺参数对实验的依赖性，本项目创新性的采用腐蚀磨损的

50、方法进行铜 CMP 材料去除机理的研究，从铜 CMP 化学与机械协同作用上看，认为抛光过程的材料去除是一种腐蚀磨损过程。将铜 CMP 材料去除分为单纯化学腐蚀磨损、单纯机械磨损、化学增强的机械磨损和机械增强的化学磨损几个方面。具体研究内容包括：(1)抛光液对铜薄膜的化学腐蚀机理研究；(2)单纯磨粒和抛光垫对铜的材料去除的影响；(3)抛光过程中化学腐蚀对抛光材料去除率的影响；(4)化学与机械协同作用的建模。本项目利用相对成熟的腐蚀磨损和摩擦化学磨损的研究方法和电化学测试技术，在研究中通过测试获得抛光过程中扭矩、温度和声发射等系统参数，并采用现代分析和检测技术如 ZYGO 表面形貌仪、SEM、AF