【摘要】 Seiichi Kondo团队研发铜AFP无磨料抛光技术，通过化学-机械协同作用实现精准停抛。过抛光腐蚀深度降低80%，铜线电阻一致性提升40%，结合干法刻蚀解决芯片制造CMP工艺缺陷。

金属化学机械抛光（CMP）长期面临磨料导致的工艺缺陷。日本研究团队Seiichi Kondo等人创新性地开发出铜大马士革互连无磨料抛光工艺（AFP）​，通过结合新型铜AFP技术与阻挡金属干法刻蚀，彻底解决了传统CMP的腐蚀难题。

图1 Cu AFP的机理:(a)保护层的形成，(b)突起区域的磨损，(c)阻挡金属层的抛光停止，(d)阻挡金属层的去除。

 

一、无磨料抛光核心原理​

铜AFP工艺采用特殊水基溶液（含氧化剂/蚀刻剂/缓蚀剂）和发泡聚氨酯垫，通过"软摩擦"实现精准平面化：

1.氧化剂生成铜氧化膜，缓蚀剂形成保护层（图1a）

2.凸起区域保护层被抛光垫摩擦去除，暴露铜被蚀刻（图1b）

3.平面化后自动停抛于阻挡金属层（图1c）

4.结合选择性干法刻蚀完成阻挡层去除（图1d）

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二、过抛光性能对比实验​

关键突破体现在过度抛光耐受性上。当抛光时间延长至工艺要求的200%时：

图2 AFP与传统氧化铝浆料CMP的侵蚀深度进行了比较。采用刚抛光、50%过抛光和100%过抛光样品对Cu线阵列进行截面成像

图3 在狭窄的Cu线阵列区域，AFP和常规CMP的过抛光时间对腐蚀和碟形深度的影响

 

三、半导体制造工艺优势​

1.零划痕表面​：消除磨料带来的物理损伤

2.​过抛安全保障​：阻挡金属层选择性停抛机制

3.​电阻一致性提升​：铜线电阻偏差降低40%

4.环保效益​：减少30%废浆料处理成本

5.工艺整合性​：与干法刻蚀（SF6气体）完美兼容

 

参考文献：[1] Seiichi Kondo et al 2000 J. Electrochem. Soc. 147 3907

 

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