⑴ CMP工藝--金屬CMP機理及Slurry
金屬CMP工藝，主要涉及金屬拋光液Slurry在輔助化學機械拋光（CMP）過程中的應用，其機制與金屬濕法蝕刻有相似之處，但又有所不同。在CMP過程中，金屬表面通過機械研磨與化學反應的協同作用，實現加工和平整。此過程中，機械研磨利用氧化鋁或二氧化硅等硬度較高的磨料，在金屬表面施加壓力進行磨擦，通過調整磨料摩擦力和旋轉速度來控制材料去除率和表面質量。化學反應則通過將化學溶液噴灑至磨擦表面，加速金屬表面氧化或還原反應，去除表面氧化物或形成新化學鍵。例如，在銅CMP中，使用含有氧化銅和有機酸的腐蝕液去除氧化銅，生成銅絡合物。
氧化鋁作為CMP過程中的磨料，以其高硬度、穩定性、化學惰性等特點，成為一種理想的研磨材料。在化學反應中，氧化鋁首先目標通常不是調節pH值，而是去除表面氧化物或形成新的化學鍵。盡管氧化鋁在某些情況下可以起到調節pH的作用，如在鋁CMP過程中通過釋放OH基團以調節pH值。氧化鋁不溶於水，呈現鹼性反應，在接觸水後生成氫氧根離子（OH-），增加溶液鹼性。此反應式為：Al2O3 + 3H2O → 2Al(OH)3。氧化鋁在水溶液中與酸反應中和酸性，調節反應平衡，提高CMP效果。
金屬進行CMP工藝時，需選擇合適的氧化劑以氧化金屬，並利用氧化鋁調節pH值。在不同金屬（如鎢、氮化鐵、鐵氰化鉀、H2O2等）的CMP過程中，氧化劑類型和pH值選擇應與金屬特性相匹配，以實現最佳去除率和表面質量。例如，鎢CMP通常在pH 2~4的范圍內進行反應，以獲得氧化鎢；銅CMP時需使用特殊的化學添加劑（如NH3和BTA）以促進反應，避免使用蝕刻後方法，因為銅難以在等離子體狀態下處理副產物。
金屬CMP工藝中的Slurry漿料種類和特性會根據待拋光金屬種類有所不同。鋁金屬較少用於金屬化製程，因其沒有特別優勢，但能與半導體基底混合形成鋁硅合金。鋁CMP需要額外的金屬退火步驟。銅CMP時，由於其鈍化區域小，需使用特殊的化學添加劑（如NH3和BTA），並避免使用蝕刻後方法。鋁和銅CMP後清潔材料的選擇也需根據不同金屬的特性進行調整。
總而言之，金屬CMP工藝通過機械研磨與化學反應的協同作用，實現金屬表面的加工和平整。在這一過程中，選擇合適的氧化劑和磨料（如氧化鋁）以及調整pH值，對於實現最佳去除率、表面質量和清潔效果至關重要。不同金屬種類的CMP工藝需根據其特性進行優化，以達到最優的CMP效果。