Abstract
利用電化學量測方法了解金屬化學機械研磨(chemical mechanical polishing)中之腐蝕機制，以期控制其研磨行為，並設計一模擬化學機械研磨之裝置推導其研磨機制。 將合金元素銅或矽添加於鋁導線中可提升其腐蝕速率，進而增加其研磨速率。若在研磨漿料中添加適量的氧化劑，如雙氧水(H2O2)，可大幅提昇其研磨效率。過量的雙氧水使得金屬表面氧化物形成的速率高於氧化層磨除速率，反而導至研磨速率降低。此種現象在含有雙氧水的金屬研磨漿料中皆可發現。含低濃度氧化劑的研磨漿料中，其反應速率控制於表面活化速率(activation control)；含高濃度的氧化劑的研磨漿料中，其反應速率控制於反應物或生成物擴散穿過氧化層的速率(diffusion control)。 化學機械研磨過程中，除了要磨除多餘的金屬導線外，阻障層金屬的磨除亦是一關鍵。通常阻障層金屬硬度較高，較難研磨，必須利用電化學作用，使其表面弱化而易於研磨，此時腐蝕反應益顯重要。調整研磨漿料酸鹼值可改變鋁對鈦的研磨速率選擇比(selectivity)。提高研磨漿料酸鹼值有助於提高阻障層鈦金屬的研麼速率，此時鋁的溶解度降低，研磨速率亦低於鈦，有助於避免鋁導線的厚度偏薄形成碟狀(dishing)。 銅不易形成具保護性的氧化層，研磨特性亦與鋁導線不同。如何使銅金屬表面生成具保護性的氧化層將是提升平坦化效率的關鍵。HNO3研磨漿料中添加BTA（benzotriazole）可使表面生成具保護性的CuBTA錯化層，但是研磨速率會大幅下降。KIO3為另一有效之氧化劑，在酸性環境中可於銅表面形成具輕微保護性的CuI。在鹼性環境下則無法產生作用，研磨漿料中的氧是主要的氧化劑來源。降低銅導線的研磨速率亦能減少銅對阻障層金屬的研磨速率選擇比。 為了避免銅導線形成碟狀，生成具保護性的氧化層亦是關鍵。提高研磨漿料中雙氧水濃度或是添加BTA都能使表面形成較具保護性之氧化層，對於降低碟狀效應有相當大的幫助。在過研磨(overpolishing)階段用較小的研磨壓力亦減緩碟狀效應，但不如改變研磨漿料的性質來得有效。 為了獲得最佳的平坦化效果，金屬的化學機械研磨機制應為保護層生成、磨除、再生成。電化學反應在金屬化學機械研磨中扮演一關鍵性角色。