第十三集:佳作奖 | 第六届“上银优秀机械博士论文奖”获奖论文系列报道(十三)

机械工程学报2021-02-20 14:49:29

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上银优秀机械博士论文奖跟踪报道

第六届“上银优秀机械博士论文奖”于2016年3月1日开始启动论文申请,并于 2016年11月10日在北京友谊宾馆举行了隆重的颁奖典礼。


该奖项的设立旨在为提升中国制造技术的水平,加强高层次创造性人才的培养工作,鼓励创新精神,提高中国机械工程及其自动化领域博士生教育的质量;激发与鼓励中国青年学子投入机械工程及其自动化领域研发及创意应用,培养优秀机械工程人才,增进企业界与学术界之互动,进而促进机械工业技术之提升与创新。



上银科技公司董事长卓永财先生致辞


我们《机械工程学报》编辑部作为特邀媒体对本届获奖论文进行跟踪报道。今天,小编为大家带来的是佳作奖论文的相关信息。欢迎各位持续关注!



论文奖项:佳作奖

论文名称:面向14纳米特征尺寸集成电路后段制程的化学机械抛光



作者简介

博       士:江亮


毕业学校:清华大学

个人简介:江亮,男,2015年毕业于清华大学,获工学博士学位,现就职于西南交通大学机械工程学院,副研究员、硕士生导师。博士期间主要从事面向14纳米特征尺寸集成电路后段制程的化学机械抛光(CMP)技术和机理研究,研发出了面向铜互连的超低应力CMP技术和面向钌阻挡层的异质材料表面CMP技术,并将CMP技术延伸于轴承钢等金属材料的超精密加工领域。相关研究成果以第一作者身份发表学术论文14篇,其中SCI收录11篇、国际会议论文3篇;申请国家发明专利5项,已授权2项;申请国际发明专利1项。曾荣获清华大学机械工程系研究生“学术新秀”、第六届上银优秀机械博士论文“佳作奖”等。现主持1项国家自然科学基金青年科学基金项目和1项摩擦学国家重点实验室开放基金项目(重点)。

E-mail:jiangliang09@gmail.com



指导教师:雒建斌 院士

指导教师的研究领域:纳米摩擦学和纳米制造。

个人简介:雒建斌,中国科学院院士,摩擦学专家,清华大学机械工程系教授。1999年教育部跨世纪人才基金获得者,2000年国家杰出青年基金获得者,2002年被聘为长江学者特聘教授。2011年当选为中国科学院院士。2013年获美国STLE国际奖。曾任国家自然科学基金重大项目和创新群体项目负责人、两届973计划项目首席科学家。获国家自然科学二等奖(2001年)、国家技术发明三等奖(1996年)和国家科技进步二等奖(2008年)。其他省部级科技成果奖7项。发表论文250余篇,其中SCI收录论文150余篇,国际会议特邀报告25次,其中Plenary和Keynote报告17次,引用2000余篇次。出版英文专著1本,参加编写英文专著1本,翻译英文专著1本。目前任《Friction》主编,《Tribology - Materials, Surfaces &Interfaces》、《SurfaceCoatings and Technology》、《科学通报》、《摩擦学学报》等刊物的编委,国际摩擦学理事会副主席。主要研究方向:薄膜润滑理论、超滑、微纳制造。


论文摘要



随着超大规模集成电路的发展,特征尺寸由目前的22纳米(nm)逐渐减小至14 nm。为了克服由此引发的的一系列问题,铜互连结构发生了巨大变化,包括使用钌替代钽/氮化钽作为阻挡层,使用超低介电常数电介质替代二氧化硅作为绝缘层。上述新型铜互连结构对后段制程的化学机械抛光技术提出了新的挑战,本文针对这些挑战开展了系统的研究。


在铜抛光阶段,使用1,2,4-三唑和低浓度的聚胺Trilon® P组合替代传统的苯并三氮唑,实现了高的铜抛光速率、低的铜静态腐蚀速率和良好的表面质量。在不牺牲铜抛光速率的前提下,有效地减小了铜互连碟形缺陷和电介质侵蚀。


系统地研究了1,2,4-三唑在铜表面的钝化机理。在抛光过程中,1,2,4-三唑在铜表面存在着两条钝化路径,钝化路径I1,2,4-三唑直接在氧化的铜表面生成一层钝化膜,钝化路径II1,2,4-三唑与铜表面附近的抛光液中的铜离子反应,其反应产物再沉积到氧化的铜表面,补充钝化路径I中的钝化膜。在此基础上,提出了对应的铜的材料去除模型。基于该模型,推断出当pH值为6.0时,铜的材料去除机理为化学腐蚀促进机械磨损,分析了1,2,4-三唑的钝化作用如何抑制铜抛光速率,量化对比了苯并三氮唑和1,2,4-三唑的钝化动力学参数。


系统地研究了Trilon® P在铜表面的作用机理。Trilon® P在铜表面的作用与其浓度密切相关,可以分为以下两类:1)钝化作用和润滑作用,2)络合作用和加速过氧化氢分解的作用。铜的化学机械抛光性能取决于上述两类作用竞争的结果。


在钌阻挡层抛光阶段,分别以过氧化氢和高碘酸钾作为氧化剂,研究了铜、钌、低介电常数电介质的保护层和低介电常数电介质各自的材料去除机理,在此基础上,研发了综合性能优异的钌阻挡层抛光液。特别是,以过氧化氢作为氧化剂,在过氧化氢和硝酸钾的协同作用下,钌抛光速率从34 Å/min提高至373 Å/min,且实现了大于1.0的钌和铜抛光速率选择比。在此基础上,研究了钾离子对提高钌抛光速率的作用机理;以高碘酸钾作为氧化剂,使用苯并三氮唑和非离子型表面活性剂组合抑制了铜的化学腐蚀和铜/钌界面处的铜电偶腐蚀。在此基础上,研究了该组合在铜表面的协同作用机理。


将化学机械抛光技术延伸应用到超光滑铁基材料表面制备领域。采用两步法实现了表面粗糙度Ra ~2.0 nm的超光滑铁基材料表面。



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电子邮箱:award_ac@cmes.org


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第十一集:优秀奖 | 第六届“上银优秀机械博士论文奖”获奖论文系列报道(十一)

第十集:优秀奖 | 第六届“上银优秀机械博士论文奖”获奖论文系列报道(十)

第九集:优秀奖 | 第六届“上银优秀机械博士论文奖”获奖论文系列报道(九)

第八集:优秀奖 | 第六届“上银优秀机械博士论文奖”获奖论文系列报道(八)

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第五集:铜奖 | 第六届“上银优秀机械博士论文奖”获奖论文系列报道(五)

第四集:铜奖 | 第六届“上银优秀机械博士论文奖”获奖论文系列报道(四)



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