⑴ CMP工艺--金属CMP机理及Slurry
金属CMP工艺，主要涉及金属抛光液Slurry在辅助化学机械抛光（CMP）过程中的应用，其机制与金属湿法蚀刻有相似之处，但又有所不同。在CMP过程中，金属表面通过机械研磨与化学反应的协同作用，实现加工和平整。此过程中，机械研磨利用氧化铝或二氧化硅等硬度较高的磨料，在金属表面施加压力进行磨擦，通过调整磨料摩擦力和旋转速度来控制材料去除率和表面质量。化学反应则通过将化学溶液喷洒至磨擦表面，加速金属表面氧化或还原反应，去除表面氧化物或形成新化学键。例如，在铜CMP中，使用含有氧化铜和有机酸的腐蚀液去除氧化铜，生成铜络合物。
氧化铝作为CMP过程中的磨料，以其高硬度、稳定性、化学惰性等特点，成为一种理想的研磨材料。在化学反应中，氧化铝首先目标通常不是调节pH值，而是去除表面氧化物或形成新的化学键。尽管氧化铝在某些情况下可以起到调节pH的作用，如在铝CMP过程中通过释放OH基团以调节pH值。氧化铝不溶于水，呈现碱性反应，在接触水后生成氢氧根离子（OH-），增加溶液碱性。此反应式为：Al2O3 + 3H2O → 2Al(OH)3。氧化铝在水溶液中与酸反应中和酸性，调节反应平衡，提高CMP效果。
金属进行CMP工艺时，需选择合适的氧化剂以氧化金属，并利用氧化铝调节pH值。在不同金属（如钨、氮化铁、铁氰化钾、H2O2等）的CMP过程中，氧化剂类型和pH值选择应与金属特性相匹配，以实现最佳去除率和表面质量。例如，钨CMP通常在pH 2~4的范围内进行反应，以获得氧化钨；铜CMP时需使用特殊的化学添加剂（如NH3和BTA）以促进反应，避免使用蚀刻后方法，因为铜难以在等离子体状态下处理副产物。
金属CMP工艺中的Slurry浆料种类和特性会根据待抛光金属种类有所不同。铝金属较少用于金属化制程，因其没有特别优势，但能与半导体基底混合形成铝硅合金。铝CMP需要额外的金属退火步骤。铜CMP时，由于其钝化区域小，需使用特殊的化学添加剂（如NH3和BTA），并避免使用蚀刻后方法。铝和铜CMP后清洁材料的选择也需根据不同金属的特性进行调整。
总而言之，金属CMP工艺通过机械研磨与化学反应的协同作用，实现金属表面的加工和平整。在这一过程中，选择合适的氧化剂和磨料（如氧化铝）以及调整pH值，对于实现最佳去除率、表面质量和清洁效果至关重要。不同金属种类的CMP工艺需根据其特性进行优化，以达到最优的CMP效果。