Etude du polissage mécano-chimique du cuivre et modélisation du processus d'enlèvement de matière

par Pierre Bernard

Thèse de doctorat en Sciences. Tribologie

Sous la direction de Philippe Kapsa.


  • Résumé

    Le polissage mécanochimique est utilisé dans l'industrie des semiconducteurs depuis une trentaine d'années. Il permet un aplanissement rapide et de qualité de surface de cuivre (et d'autres matériaux) à des échelles nanométriques. Il consiste à polir, à l'aide d'un tissu en polyuréthane (pad) et de particules abrasives en suspension, une surface de cuivre qui a été transformée sous l'action d'un oxydant présent dans les liquides de polissage. Cette transformation chimique permet une modification des propriétés mécaniques de la couche superficielle et facilite l'enlèvement de matie��re. Notre étude a porté sur la composition de cette couche modifiée dans un premier temps, puis sur l'élaboration d'un modèle permettant d'expliquer l'enlèvement de matière et l'aplanissement des défauts de surface. Nous avons pu établir que la couche qui est enlevée au cours du polissage est constituée de Cu2O. Notre modèle s'appuie sur les propriétés du pad (sa rugosité et ses propriétés élastiques), du wafer (propriétés mécaniques de la couche) et des particules abrasives utilisées au cours du polissage (concentration massique en solution, dureté). Il aboutit à une expression simple reliant la vitesse d'enlèvement de matière (VA) à la pression P appliquée sur le wafer et à la vitesse de rotation V du plateau de polissage : V A = K. V. P 1,19. Nos résultats expérimentaux nous ont permis de valider ce modèle. Notre modèle a permis également d'expliquer assez correctement la phase d'aplanissement intervenant au début du polissage.

  • Titre traduit

    Study of copper chemical mechanical polishing and modelisation of the material removal process


  • Résumé

    Chemical Mechanical Polishing (CMP) has benn introduced in semiconductor manufacturing thirty years ago. It makes it possible to obtain fast and high quality planarization at nanometric scales. CMP consists in polishing a chemically modified copper surface with abrasive particules on a polyurethane pad. The chemical transformation of the copper (or other materials) leads to a modification of the mechanical properties of the superficial layer, that is more easily removed. Our study focused firstly on the composition of this modified layer, and secondly on the elaboration of a model that could explain the removal and planarization of the surface layer. We were able to point out that the modified layer is Cu2O. Our model is based on the properties of the pad (roughness, elastic properties), the wafer (mechanical properties of the modified layer) and the abrasive particles (mass concentration, hardness). We established a simple expression between the removal rate (RR), the rotating speed V of the platen and the pressure P applied on the wafer : RR = K. V. P 1,19. Our experimental results corroborate this model. Oour model is also able to explain the planarization phase.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 71 réf.

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  • Cote : 85 BER
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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  • Cote : T2049
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