基于ReaxFF的铜CMP微观化学作用和材料去除研究
发布时间：2022-01-24 21:00
铜互连技术的发明、发展在集成电路技术发展中有着非常重要的地位,其中化学机械抛光（CMP）是铜互连技术中获得全局或局部平坦化的最常用技术手段。目前对于铜CMP的研究主要是以实验研究为主,但在这一过程中对于化学反应机制和材料去除形式的解释还不够明确。因此本文采用基于ReaxFF的反应分子动力学方法,借助可视化软件实时监测铜CMP过程,从原子角度来描述其中的微观化学反应、原子结合方式和材料去除等,在一定程度上对于实验现象提供相应的理论补充。本文应用基于ReaxFF的反应分子动力学方法,构建了含H2O2的铜化学机械抛光模型,通过模拟铜CMP过程研究了其中各物质的微观化学反应以及铜原子去除情况,研究结果显示:在化学反应过程中H2O分子和H2O2分子与表面铜原子之间既有分子吸附也有解离作用,主要形成的产物为Cu-H2O和Cu-OH。在磨粒滑擦过程中铜原子主要是以团簇的状态通过Cu-O键或Cu-Cu键的断裂而去除。本文模拟了纯水状态、含H2O
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源、研究背景及意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究背景及意义
1.2 化学机械抛光
1.3 铜化学机械抛光研究现状
1.3.1 铜CMP的实验研究现状
1.3.2 铜CMP的仿真研究现状
1.4 本文主要工作
2 分子动力学方法
2.1 引言
2.2 经典分子动力学基本原理
2.2.1 经典牛顿运动方程的求解
2.2.2 原子间势函数
2.2.3 系综的选择
2.2.4 边界条件和步长
2.3 基于ReaxFF的反应分子动力学方法
2.3.1 各项能量介绍
2.3.2 力场文件的确定
2.4 反应分子动力学仿真软件
2.5 分子动力学模拟存在的问题
2.6 本章小结
3 反应分子动力学模拟铜CMP过程
3.1 引言
3.2 仿真模型的建立与力场文件的确定
3.2.1 模型的构建和力场选择
3.2.2 模型和力场文件的验证
3.3 含H_2O_2 水溶液的铜CMP模拟过程
3.3.1 界面化学反应过程
3.3.2 磨粒滑擦时铜材料去除过程
3.4 化学机械协同作用
3.5 本章小结
4 不同抛光液对铜CMP的影响
4.1 引言
4.2 不同抛光液对微观化学反应的影响
4.2.1 含H_2O_2 时微观化学反应研究
4.2.2 不同H_2O_2 含量的微观化学反应研究
4.2.3 只含有甘氨酸的微观化学反应研究
4.2.4 含有H_2O_2+甘氨酸的微观化学反应研究
4.3 不同抛光液对铜原子去除的影响
4.3.1 不同抛光液条件下原子的去除
4.3.2 不同H_2O_2 含量时原子的去除
4.3.3 含有甘氨酸时原子的去除
4.4 本章小结
5 不同模拟条件对原子尺度铜CMP的影响
5.1 引言
5.2 模拟条件的影响
5.2.1 抛光压力的影响
5.2.2 抛光温度的影响
5.3不同抛光液条件下铜CMP实验
5.3.1 实验准备
5.3.2铜CMP实验
5.3.3 实验结果分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS中基底和薄膜的CMP制造技术[J]. 曾毅波,张杰,许马会,郝锐,沈杰男,周辉,郭航. 光学精密工程. 2018(06)
[2]不同络合剂对铜布线CMP抛光液性能的影响[J]. 刘国瑞,刘玉岭,栾晓东,王辰伟,牛新环. 微纳电子技术. 2018(03)
[3]雾化施液抛光中化学作用和机械作用的试验研究[J]. 孙发青,李庆忠. 机械制造与自动化. 2017(06)
[4]新型碱性抛光液各组分对铜化学机械平坦化性能的影响[J]. 田胜骏,王胜利,王辰伟,王彦,田骐源,腰彩虹. 半导体技术. 2017(12)
[5]抛光压力与表面活性剂对铜CMP均匀性的影响[J]. 赵亚东,刘玉岭,栾晓东,牛新环,王仲杰. 半导体技术. 2017(02)
[6]不同粒径硅溶胶磨料对Cu CMP的综合影响[J]. 闫辰奇,刘玉岭,张金,张文霞,王辰伟,何平,潘国峰,牛新环. 微纳电子技术. 2017(01)
[7]大尺寸硅片边缘抛光技术[J]. 李耀东,库黎明,刘斌,王新,郑琪,刘红艳. 半导体技术. 2016(11)
[8]新型碱性抛光液化学作用对铜的去除机理[J]. 赵亚东,刘玉岭,栾晓东. 微纳电子技术. 2016(10)
[9]CMP抛光界面温度的理论分析与仿真[J]. 袁文强,魏昕,谢小柱,胡伟. 机械设计与制造. 2016(08)
[10]化学机械抛光中化学作用和机械作用协同的实验研究[J]. 陈晓春,赵永武. 东华大学学报(自然科学版). 2014(05)
博士论文
[1]化学机械抛光试验及其材料去除机理的研究[D]. 陈晓春.江南大学 2014
[2]ReaxFF反应力场的开发及其在材料科学中的若干应用[D]. 刘连池.上海交通大学 2012
[3]基于分子动力学的晶体铜纳米机械加工表层形成机理研究[D]. 张俊杰.哈尔滨工业大学 2011
[4]新型化学机械抛光垫和抛光液的研究[D]. 余剑峰.华南理工大学 2010
[5]集成电路铜互连工艺中先进扩散阻挡层的研究[D]. 谢琦.复旦大学 2008
[6]单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真研究[D]. 郭晓光.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于分子动力学的高铬合金机械加工性能研究[D]. 李洋.大连理工大学 2018
[2]基于MD方法的石英玻璃纳米级加工机理研究[D]. 刘涛.大连理工大学 2017
[3]单晶硅磨削过程中损伤演化的MD仿真研究[D]. 李强.大连理工大学 2017
[4]铜互连中钽基扩散阻挡层的IBAD制备技术研究[D]. 李法杰.中国地质大学(北京) 2017
[5]硅中裂纹扩展的分子模拟[D]. 孙晓庆.哈尔滨工程大学 2017
[6]光学石英玻璃纳米加工性能的研究[D]. 翟昌恒.大连理工大学 2016
[7]铜—甘氨酸体系的光谱电化学研究[D]. 贺晓林.合肥工业大学 2015
[8]低压低磨料浓度碱性铜抛光液平坦化性能的研究[D]. 蒋勐婷.河北工业大学 2015
[9]微纳尺度接触和摩擦过程力学行为分子动力学及多尺度模拟研究[D]. 詹胜鹏.昆明理工大学 2013
[10]极大规模集成电路铜化学机械抛光液及平坦化工艺的研究[D]. 郑炜.大连理工大学 2010
本文编号：3607293
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源、研究背景及意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究背景及意义
1.2 化学机械抛光
1.3 铜化学机械抛光研究现状
1.3.1 铜CMP的实验研究现状
1.3.2 铜CMP的仿真研究现状
1.4 本文主要工作
2 分子动力学方法
2.1 引言
2.2 经典分子动力学基本原理
2.2.1 经典牛顿运动方程的求解
2.2.2 原子间势函数
2.2.3 系综的选择
2.2.4 边界条件和步长
2.3 基于ReaxFF的反应分子动力学方法
2.3.1 各项能量介绍
2.3.2 力场文件的确定
2.4 反应分子动力学仿真软件
2.5 分子动力学模拟存在的问题
2.6 本章小结
3 反应分子动力学模拟铜CMP过程
3.1 引言
3.2 仿真模型的建立与力场文件的确定
3.2.1 模型的构建和力场选择
3.2.2 模型和力场文件的验证
3.3 含H_2O_2 水溶液的铜CMP模拟过程
3.3.1 界面化学反应过程
3.3.2 磨粒滑擦时铜材料去除过程
3.4 化学机械协同作用
3.5 本章小结
4 不同抛光液对铜CMP的影响
4.1 引言
4.2 不同抛光液对微观化学反应的影响
4.2.1 含H_2O_2 时微观化学反应研究
4.2.2 不同H_2O_2 含量的微观化学反应研究
4.2.3 只含有甘氨酸的微观化学反应研究
4.2.4 含有H_2O_2+甘氨酸的微观化学反应研究
4.3 不同抛光液对铜原子去除的影响
4.3.1 不同抛光液条件下原子的去除
4.3.2 不同H_2O_2 含量时原子的去除
4.3.3 含有甘氨酸时原子的去除
4.4 本章小结
5 不同模拟条件对原子尺度铜CMP的影响
5.1 引言
5.2 模拟条件的影响
5.2.1 抛光压力的影响
5.2.2 抛光温度的影响
5.3不同抛光液条件下铜CMP实验
5.3.1 实验准备
5.3.2铜CMP实验
5.3.3 实验结果分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS中基底和薄膜的CMP制造技术[J]. 曾毅波,张杰,许马会,郝锐,沈杰男,周辉,郭航. 光学精密工程. 2018(06)
[2]不同络合剂对铜布线CMP抛光液性能的影响[J]. 刘国瑞,刘玉岭,栾晓东,王辰伟,牛新环. 微纳电子技术. 2018(03)
[3]雾化施液抛光中化学作用和机械作用的试验研究[J]. 孙发青,李庆忠. 机械制造与自动化. 2017(06)
[4]新型碱性抛光液各组分对铜化学机械平坦化性能的影响[J]. 田胜骏,王胜利,王辰伟,王彦,田骐源,腰彩虹. 半导体技术. 2017(12)
[5]抛光压力与表面活性剂对铜CMP均匀性的影响[J]. 赵亚东,刘玉岭,栾晓东,牛新环,王仲杰. 半导体技术. 2017(02)
[6]不同粒径硅溶胶磨料对Cu CMP的综合影响[J]. 闫辰奇,刘玉岭,张金,张文霞,王辰伟,何平,潘国峰,牛新环. 微纳电子技术. 2017(01)
[7]大尺寸硅片边缘抛光技术[J]. 李耀东,库黎明,刘斌,王新,郑琪,刘红艳. 半导体技术. 2016(11)
[8]新型碱性抛光液化学作用对铜的去除机理[J]. 赵亚东,刘玉岭,栾晓东. 微纳电子技术. 2016(10)
[9]CMP抛光界面温度的理论分析与仿真[J]. 袁文强,魏昕,谢小柱,胡伟. 机械设计与制造. 2016(08)
[10]化学机械抛光中化学作用和机械作用协同的实验研究[J]. 陈晓春,赵永武. 东华大学学报(自然科学版). 2014(05)
博士论文
[1]化学机械抛光试验及其材料去除机理的研究[D]. 陈晓春.江南大学 2014
[2]ReaxFF反应力场的开发及其在材料科学中的若干应用[D]. 刘连池.上海交通大学 2012
[3]基于分子动力学的晶体铜纳米机械加工表层形成机理研究[D]. 张俊杰.哈尔滨工业大学 2011
[4]新型化学机械抛光垫和抛光液的研究[D]. 余剑峰.华南理工大学 2010
[5]集成电路铜互连工艺中先进扩散阻挡层的研究[D]. 谢琦.复旦大学 2008
[6]单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真研究[D]. 郭晓光.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于分子动力学的高铬合金机械加工性能研究[D]. 李洋.大连理工大学 2018
[2]基于MD方法的石英玻璃纳米级加工机理研究[D]. 刘涛.大连理工大学 2017
[3]单晶硅磨削过程中损伤演化的MD仿真研究[D]. 李强.大连理工大学 2017
[4]铜互连中钽基扩散阻挡层的IBAD制备技术研究[D]. 李法杰.中国地质大学(北京) 2017
[5]硅中裂纹扩展的分子模拟[D]. 孙晓庆.哈尔滨工程大学 2017
[6]光学石英玻璃纳米加工性能的研究[D]. 翟昌恒.大连理工大学 2016
[7]铜—甘氨酸体系的光谱电化学研究[D]. 贺晓林.合肥工业大学 2015
[8]低压低磨料浓度碱性铜抛光液平坦化性能的研究[D]. 蒋勐婷.河北工业大学 2015
[9]微纳尺度接触和摩擦过程力学行为分子动力学及多尺度模拟研究[D]. 詹胜鹏.昆明理工大学 2013
[10]极大规模集成电路铜化学机械抛光液及平坦化工艺的研究[D]. 郑炜.大连理工大学 2010
本文编号：3607293
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3607293.html
