单晶SiC的化学机械抛光及其增效技术研究进展

为了解决传统SiC化学机械抛光(CMP)加工效率低的问题,针对单晶SiC表面抛光质量和材料去除率指标,综述了应用传统碱性抛光液、混合磨粒抛光液及含强氧化剂抛光液对单晶SiC进行化学机械抛光的研究现状;为了提高SiC-CMP的化学和机械两方面作用,对SiC-CMP催化辅助增效技术、SiC电化学机械抛光(ECMP)技术、固结磨料抛光、光催化辅助抛光等增效新技术进行了系统综述;对SiC-CMP及其增效技术进行了分析、讨论,指出了当前的研究难点,展望了进一步提高单晶SiC抛光效率的研究方向.     

化学机械研抛过程流体和磨粒分布特性仿真

为深入理解化学机械抛光过程中的摩擦磨损机理,仿真研究了不同工况对抛光作用的影响规律.建立考虑多相流和离散相的三维CFD模型,研究不同工况下晶片和抛光垫间抛光液的速度和压力分布以及抛光磨粒的分布规律.结果表明:膜厚越小,抛光垫和晶片的转速越大,磨粒的分布密度越小.对流体速度和压力分布规律以及磨粒分布特性进行仿真分析,研究抛光过程中磨粒对晶片表面的动压作用过程.用疲劳断裂能量守恒理论,建立可定量分析各种工况下材料去除率的预测模型,采用Matlab软件对去除率模型进行仿真计算,得到不同工况下碳化硅晶片的去除率曲线.结果表明,抛光垫转速越大,膜厚越小,材料去除率越大,但去除率随着抛光的进行呈现减小的趋势.相比抛光垫转速对去除率的影响,膜厚对去除率的影响较小.     

Achievement of a near-perfect smooth silicon surface

During the ultra large scale integration (ULSI) process, the surface roughness of the polished silicon wafer plays an important role in the quality and rate of production of devices. In this work, the effects of oxidizer, surfactant, polyurethane pad and slurry additives on the surface roughness and topography of chemical-mechanical planarization (CMP) for silicon have been investigated. A standard atomic force microscopy (AFM) test method for the atomic scale smooth surface was proposed and used to measure the polished silicon surfaces. Finally, compared with the theoretical calculated R _a value of 0.0276 nm, a near-perfect silicon surface with the surface roughness at an atomic scale (0.5 Å) was achieved based on an optimized CMP process.     

不锈钢振动辅助力流变抛光

为进一步提高力流变抛光效率与抛光质量,提出振动辅助力流变抛光方法。对不锈钢振动辅助力流变抛光加工过程中,工件材料去除过程及不同工艺参数对抛光特性影响进行研究。基于振动辅助力流变抛光原理及试验,以材料去除率和表面粗糙度为评价条件,分析了抛光速度、振动频率和振幅3个关键参数对抛光影响规律。基于田口法设计试验,采用信噪比评估试验结果并得出优化的工艺参数,通过方差分析法得出各因素的权重。结果表明：抛光速度对材料去除率影响最大,振幅次之,振动频率影响最小;抛光速度对表面粗糙度影响最大,振动频率次之,振幅影响最小。在优选的抛光参数组合下,抛光速度40 r·min^-1、振幅0.35 mm、振动频率80 Hz,加工30 min后工件表面粗糙度由(80±10) nm下降至(7.1±0.9) nm,其材料去除率达到68 nm·min^-1。受振动的抛光液中粒子间发生相对相位差并形成一定的剪切速率,使抛光液产生流变效应并把持游离磨粒。在相对运动作用下对工件表面施加压力及剪切力,以塑性去除方式实现不锈钢材料去除。利用所提方法,在优化工艺参数下可有效去除不锈钢表面划痕,...     

ULSI制备中SiO2介质的化学机械抛光

对超大规模集成电路（ＵＬＳＩ）制备中二氧化硅介质的抛光机理、工艺条件选择、抛光液成分与作用等进行了综述,对抛光浆料及抛光工艺中存在的一些难题进行了分析,对如何提高抛光速率、改善表面状况以及解决金属离子沾污等问题进行了讨论．     

Flatness maintenance and roughness reduction of silicon mirror in chemical mechanical polishing process

As an important optical component in laser system, silicon mirror surface is required to have micron-level flatness and subnanometer-level roughness. The research concentrates on how to improve roughness as far as possible while maintaining flatness of silicon mirror surface during chemical mechanical polishing(CMP) process. A polishing edge effect model is established to explain the reason of flatness deterioration, and a roughness theoretical model is set up to get the limit of perfect surface roughness. Based on the models above, a polishing device is designed to maintain the surface flatness, and the optimized polishing process parameters are obtained by orthogonal tests to get a near-perfect surface roughness. Finally the maintenance of flatness and the improvement of roughness can be achieved at the same time in one step of CMP process. This work can be a guide for silicon mirror manufacture to improve optical reflection performance significantly.     

基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性

基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB),利用MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮颗粒在含水介质中的运动过程进行模拟计算。通过开展层析柱强制渗流试验,验证计算模型与求解方法的正确性,从孔隙尺度分析地下水动力、颗粒形貌和尺寸效应对含水层渗透性能的影响。结果表明,进口流速为5×10_^-5m/s时,含水层各区域的渗流速度均呈现下降、回升、稳定的三个连续阶段。将悬浮颗粒由球形硅微粉替换为非球形硅微粉后,各断面的平均流速最大降幅升高,恢复率降低。基于颗粒受力平衡分析,由于球形硅微粉转动惯量较低,易于脱离含水介质表面;非球形硅微粉多絮凝成团,迁移过程中出现沉积或被孔喉捕获的机率提高,并且沉积后难以发生再释放过程。随着渗流速度的降低与含水介质计算区域的增加,悬浮颗粒形貌的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度增强。     

ULSI中CMP纳米磨料制备技术的研究

介绍了河北工业大学微电子研究所发明成果：15～20nm铜的CMP碱性抛光液、阻挡层CMP碱性抛光液、用于介质CMP的120nm水溶胶磨料抛光液、互连插塞钨和铝的CMP纳米SiOz磨料碱性抛光液及ULSI硅衬底CMP抛光液及切削液、磨削液、倒角液和应力控制技术等研究成果．     

软金属球精密/超精密镜面抛光工艺

为了探究软金属球精密超精密加工的新途径,采用精密/超精密镜面抛光技术,对其进行镜面抛光实验.实验结果表明:研抛压力、抛光液的p H值、磨粒大小和研抛垫的厚度是影响表面加工质量的主要因素.当研抛压力在0.6~0.8 N/cm2、抛光液p H值为10、磨料粒度为W0.5、研抛垫厚度为2 mm时,抛光效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善表面加工质量,得到表面粗糙度Ra为0.039μm的已加工表面.     

铜抛光液的电化学行为研究

为分析用于超大规模集成电路(ULSI)中铜化学机械抛光(CMP)所使用抛光液的添加剂对铜硅片的氧化、溶解和腐蚀抑制行为,以双氧水为氧化剂,柠檬酸为络合剂,苯丙三唑(BTA)为腐蚀抑制剂,在pH5的条件下进行抛光液的电化学行为研究.测试了铜在抛光液中的极化曲线、交流阻抗谱以及静腐蚀量.试验结果表明:添加络合剂柠檬酸降低了原来处于钝化状态下的铜抛光液系统的阻抗;加入缓蚀剂BTA后,Cu-H2O2-Citric acid-BTA系统的交流阻抗值增大.测试到的Cu-H2O2-Citric acid系统由于存在铜的不可逆氧化过程,导致了Warburg阻抗的存在;添加BTA后,在铜的表面生成了CuBTA的缓蚀膜,抑制了铜的腐蚀并改变了铜在Cu-H2O2-Citric acid系统中的电化学反应过程.     

微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究

研磨抛光采用浸液式定偏心锡磨盘抛光方式，研究抛光液浓度、PH值、上下研磨盘转速、抛光时间等参数对微晶玻璃超光滑表面粗糙度的影响，粗糙度的测量采用NT1100干涉仪．实验结果表明：粗糙度受PH值影响比较大；试件在低浓度弱碱抛光液中，延长抛光时间可降低表面粗糙度值并获得高质量的表面，最终测得表面粗糙度为Rα=0．37nm．     

微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究

研磨抛光采用浸液式定偏心锡磨盘抛光方式,研究抛光液浓度、PH值、上下研磨盘转速、抛光时间等参数对微晶玻璃超光滑表面粗糙度的影响,粗糙度的测量采用NT1100干涉仪.实验结果表明:粗糙度受PH值影响比较大;试件在低浓度弱碱抛光液中,延长抛光时间可降低表面粗糙度值并获得高质量的表面,最终测得表面粗糙度为Ra=0.37 nm.     

Preparation and Characterization of Carboxyl Functionalized Fluorescent Mesoporous Silica Nanoparticles Containing 8-Hydroxyquinolinate Zinc Complexes

Fluorescent mesoporous silica nanoparticles functionalized with carboxyl group(Znq-CMSCOOH) were successfully synthesized by in situ formation route of 8-hydroxyquinolinate zinc complexes in channels of mesoporous silica nanoparticles and post-grafting of carboxyl group on the surface. Moreover,the particle size and structural properties of Znq-CMS-COOH were characterized by transmission electron microscopy(TEM), field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), dynamic light scattering(DLS),Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR), UV-vis spectrometer, fluorescence spectrometer and nitrogen adsorption-desorption measurements. The obtained results suggest that the Znq-CMS-COOH presents the uniform spherical shape with the mean diameter of about 85 nm and the obvious wormhole arrangement mesoporous. In addition, the Znq-CMS-COOH possesses green fluorescence with the emission peaks at 495 nm. So the Znq-CMS-COOH, which is beneficial to further modification and tracing, might be a great potential carrier for applying in drug delivery system in the future.     

新型电流变抛光工具开发及其抛光实验

针对当前电流变抛光研究中所用尖锥状工具要求抛光间隙为μm级、对设备定位精度要求高及抛光非导体需加辅助电极等不足,研制了一种新型的电流变抛光工具——集成电极工具。介绍了集成电极工具的结构,并对其电场分布进行了计算。新工具不仅可以抛光导体工件,而且也可以抛光非导体工件。工具与工件之间的抛光间隙可以大到mm数量级。以碳化钨(WC)和光学玻璃为对象,分别进行了抛光实验,并通过单因素实验给出了电压、转速、磨料浓度、抛光时间等因素与表面粗糙度的关系曲线。实验结果表明:抛光10min后,WC的表面粗糙度由Ra66.48nm下降到Ra33.18nm;光学玻璃的表面粗糙度由Ra11.02nm下降到Ra3.67nm。     

ULSI制备中铜布线化学机械抛光技术的研究与展望

对ULSI制备中铜布线化学机械抛光(CMP)进行了分析,综述了铜CMP技术的研究现状.主要内容包括铜CMP去除机理、铜CMP抛光液;分析了目前铜CMP技术存在的问题,指出了铜CMP今后的研究重点.     

固体表面高精密平面化技术研究进展

随着国内外市场的极大需求及激烈竞争,固体表面高精密加工质量要求日益提高.化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing,简称CMP)技术几乎是迄今唯一的可以提供全局平面化的表面精加工技术,可广泛用于集成电路芯片、计算机硬磁盘、微型机械系统(MEMS),宝石类衬底、金属材料、光学玻璃等表面的平整化.该文综述了在微电子制造过程中CMP技术的重要性及该技术的机理和研究现状,指出了CMP技术在目前发展过程中存在的亟待解决的技术和理论问题,并对其发展方向进行了展望.     

单晶锗光学表面数控高速抛光优化试验

为研究单晶锗镜片表面光洁度无法达到要求的加工技术难题,基于数控高速抛光方法,开展了聚氨酯和沥青两种抛光模的数控高速抛光优化试验,以Preston理论为基础,通过不断优化工艺流程和参数,结合运动轨迹仿真和功率谱密度计算,对比分析了两种抛光模的加工效率和表面质量控制能力.试验结果表明:两种抛光方式均能获得较高的面形精度,聚氨酯抛光模具有较高的加工效率,但光学表面微观形貌控制能力较差,沥青模抛光得到的表面粗糙度RMS相比聚氨酯模提升近3 nm.通过单晶锗光学表面数控高速抛光试验,最终优化并提出了聚氨酯初抛光与沥青精抛光相结合的方式,并进行了试验验证.     

光学非球面柔性抛光表面粗糙度的研究

为了研究FRP-1型非球面柔性抛光机加工非球面零件的可行性,利用FRP-1型非球面柔性抛光机对非球面光学零件进行抛光实验.采用单因素工艺研究法对抛光机的工件轴转速、非球面工件的口径和其最接近圆曲率半径等工艺参数对表面粗糙度的影响进行了分析.实验表明提高工件轴转速可提高抛光效率,且抛光小口径大曲率工件的效率要优于大口径小曲率的工件.在上述研究基础上对K9玻璃材料的非球面工件进行抛光实验,60 min后工件的表面粗糙度由最初的Ra150 nm收敛到Ra8.55 nm.利用FRP-1型非球面柔性抛光机对非球面光学零件进行抛光效果良好能够满足非球面光学零件的加工精度的要求.     

基于硫系玻璃非球面抛光工艺研究

硫系玻璃非球面透镜具有优异的红外光学性能,分析了硫系玻璃材料的光学和热力学特性,针对硫系玻璃质软,热膨胀系数大,依据自适应迭代驻留时间算法理论,采用数控气囊式抛光对?50mm硫系玻璃非球面透镜进行抛光。通过正交试验确定了透镜在抛光过程中的气囊抛光头旋转速度、气囊充气压力值、氧化铈抛光液浓度等工艺参数,再使用带有聚氨酯抛光垫的气囊对透镜进行多次抛光,并检测其面形图。最后通过分析对比实验,在实验基础上改用金刚石微粉作为抛光液,对透镜进行最后阶段的面形修正抛光,其表面粗糙度Ra值为9.28nm,PV值为0.6097μm,表面疵病B为Ⅲ级。     

ZnS离子束抛光过程中的粗糙度演变

为了得到离子束抛光ZnS的工艺参数,采用微波离子源作为抛光源,分析了离子束能量、离子束流大小、离子束入射角度对ZnS刻蚀速率及表面粗糙度的影响,比较了ZnS刻蚀速率及表面粗糙度的变化趋势.研究结果表明:当离子束能量为400eV、离子束流大小为35mA、入射角度为45°时,ZnS表面粗糙度降低了0.23nm.