前不久，日本FUJIMI披露了公司CMP開發部關于氧化鋯顆粒在拋光中的研究文章。為便于相關從業者更好了解和學習相關內容，小編結合相關應用背景對研究論文進行翻譯總結，希望讀者朋友能有一定收獲。

3D NAND結構示例

1、研究背景

在高性能半導體器件（尤其是3D NAND閃存）的制造中，深孔或深溝槽的高深寬比刻蝕工藝，要求采用與底層材料（如氧化物、硅等）具有極高的刻蝕選擇比的硬掩模材料。碳膜（尤其是類金剛石碳或非晶碳）具有高硬度、高模量，能承受后續工藝中的機械和熱負荷，并且碳膜在特定波長下透明或半透明，便于在光刻對齊過程中進行精確的套刻對準；碳膜不含金屬成分，對大多數化學試劑具有良好的抵抗性，在濕法清洗或刻蝕過程中不易被破壞……除了上述有利因素，碳膜對于使用二氧化硅或氧化鈰顆粒的CMP漿料難以有效拋光，本文中提到過去的解決方案是添加氧化劑或金屬絡合劑以增強拋光效果，但這些添加劑會帶來漿料穩定性差、難以清洗、可能損傷設備等問題。因此，本次研究探索使用氧化鋯顆粒作為新型磨料，通過機械化學反應在拋光過程中與碳膜形成共價鍵（Zr–C），從而增強碳膜的去除率。

氧化鋯與碳表面相互作用結構示意

2、實驗重點

據研究文章，本次選用了三種不同晶體結構（混合A、立方B、單斜C）的氧化鋯顆粒，通過XPS分析釔濃度間接評估氧空位含量，使用納米壓痕法測量顆粒的彈性模量，并且通過干式搖動實驗模擬機械化學反應，使用XPS分析Zr–C鍵的形成率，以及在相同條件下比較三種氧化鋯漿料與二氧化硅漿料對碳膜的拋光速率。

三種樣品的規格和SEM

CMP測試系統示意

基于拋光速率與Zr–C形成率呈正相關，因此實驗其實是研究氧化鋯顆粒的氧空位含量和彈性模量與Zr–C形成率之間的聯系，結論是：氧空位含量與Zr–C形成率無明顯相關性，彈性模量卻高度相關——即使用高彈性模量的氧化鋯顆粒可在拋光過程中有效促進Zr–C共價鍵的形成，從而顯著提高碳膜的拋光速率（樣品A最高速率是二氧化硅漿料的15倍）；將化學活性極高的氧化鋯顆粒引入CMP漿料，有可能無需添加氧化劑或金屬絡合劑，即可實現高效、環保的CMP工藝，有助于降低漿料消耗和后續清洗負擔。

粉體圈 YUXI