硬脆材料的化学机械抛光机理研究

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,简称CMP)技术是目前唯一可提供全局平面化的超精密表面加工技术,加工后无表面和亚表面损伤。该技术广泛应用于光学元件、微机电系统、集成电路芯片等表面的处理,可达到纳米级的表面粗糙度和微米级的面形精度。目前的研究主要集中在化学机械抛光工艺上,抛光机理尚未形成统一的学说。针对硬脆材料(Si、SiC)的CMP技术进行综述,介绍了CMP技术的发展现状,并对加工过程中存在的材料去除机理做了可能性解释,最后对CMP技术的发展和研究重点做了预测和建议。     

铜布线化学机械抛光技术分析

对用于甚大规模集成电路(ULSI)制造的关键平坦化工艺——铜化学机械抛光(CMP)技术进行了讨论。着重分析了铜化学机械抛光的抛光过程和相关的影响因素；根据现有的研究成果主要介绍了铜化学机械抛光的化学材料去除机理；在分析抛光液组成成分的基础上，总结了现有的以H2O2为氧化剂的抛光液和其他酸性、碱性抛光液以及抛光液中腐蚀抑制剂的研究情况；指出了铜化学机械抛光今后的研究重点。     

ULSI化学机械抛光(CMP)材料去除机制模型

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,相关机制模型的研究是当前CMP的热点。综述了考虑抛光液的流动、抛光垫的弹性和硬度、研磨颗粒的大小和硬度等不同因素的机制模型,并对基于不同假设的模型作了分析和比较。最后对CMP模型未来的发展和研究方向提出了展望。     

铜化学机械抛光中电化学理论的应用研究

概述了电位-pH图、极化曲线、交流阻抗谱和开路电压测试等电化学方法在铜化学机械抛光(Cu—CMP)中的应用，并分析了采用电化学方法进行CMP分析存在的问题，指出采用以上电化学方法进行Cu—CMP分析有利于对Cu—CMP的过程的理解，并可以为抛光液组分的选配提供依据。     

无磨料化学机械抛光的研究进展

无磨料化学机械抛光(AFP)技术克服传统化学机械抛光(CMP)易产生凹陷、腐蚀和微观划痕等表面损伤的特点,成为解决半导体晶片上Cu膜表面平坦化的重要技术;AFP已广泛用于铜大马士革层间互连及其他材料的加工.综述了AFP技术的研究现状,指出了AFP急待解决的技术和理论问题,并对其发展趋势进行展望.     

集成电路制造中的固结磨料化学机械抛光技术研究

经过对传统化学机械抛光技术的研究与分析，指出了目前ULSI制造中使用的传统化学机械抛光技术的缺点，通过对固结磨料化学机械抛光中的抛光垫结构、抛光机原理及抛光液的分析，得出了固结磨料化学饥械抛光技术的优点，同时还对硅片固结磨料化学机械抛光的缺陷进行了研究。     

单晶硅片化学机械抛光的表面损伤研究

通过模拟化学机械抛光的工况条件,对不同化学作用的单晶硅片表面进行纳米划痕实验,利用现代分析仪器与技术,对抛光后单晶硅片的表面和亚表面损伤进行研究。结果表明:在一定的工况参数条件下,机械作用和化学作用匹配时,可以获得高的材料去除率和无表面层及亚表层损伤的高质量的抛光表面。在化学机械抛光过程中,机械作用的加强可以提高材料去除率,但作用力增至一定值之后,抛光后表层和亚表层损伤将逐渐加大;化学作用可以增加机械作用下的材料去除率,但抛光表面在化学反应作用下会产生表面损伤。通过调整机械参数如压力和速度等可以控制摩擦化学反应中的反应热,从而实现机械作用对摩擦扩散化学的控制,调控单晶硅片的超精密抛光中化学物质的使用,实现环保型绿色抛光。     

碳化硅晶片的化学机械抛光技术研究进展

为实现碳化硅晶片的高效低损伤抛光,提高碳化硅抛光的成品率,降低加工成本,对现有的碳化硅化学机械抛光技术进行了总结和研究。针对碳化硅典型的晶型结构及其微观晶格结构特点,简述了化学机械抛光技术对碳化硅材料去除的影响。重点综述了传统化学机械抛光技术中的游离磨料和固结磨料工艺以及化学机械抛光的辅助增效工艺。同时从工艺条件、加工效果、加工特点及去除机理4个方面归纳了不同形式的化学机械抛光技术,最后对碳化硅的化学机械抛光技术的未来发展方向进行了展望,并对今后研究的侧重点提出了相关思路。     

基于化学机械抛光过程的超薄不锈钢基板表面特性分析

研究超薄不锈钢基板表面特性有利于了解和分析超薄不锈钢化学机械抛光（CMP）的接触机制及材料去除机制。使用SEM、OLS4000激光共聚焦显微镜、Mahr Surf XR20表面轮廓仪等仪器研究SUS304超薄不锈钢基板的组织结构与表面形貌、表面粗糙度、表面缺陷、力学性能等。测量和计算结果表明：SUS304超薄不锈钢表面缺陷一般为凹陷、折皱、锈蚀、划痕、结巴和麻点等,其厚度误差仅为0.4%,实际密度小于理论密度,其原始表面几何粗糙度为28.5 nm,原始表面均方根粗糙度为62.18 nm,原始表面轮廓偏离平均线的算术平均值为38.55 μm。     

聚苯乙烯-二氧化硅复合颗粒对铜层的化学机械抛光性能

随着集成电路线宽变窄,要求铜互连表面具有更低的表面粗糙度,对化学机械抛光(CMP)技术提出更高的要求。采用聚苯乙烯(PS)-二氧化硅(SiO2)复合颗粒作为铜层CMP的抛光磨粒,研究出PS-SiO2核壳结构的形成条件,分析新型抛光液体系中各颗粒含量、pH值等因素对Cu抛光效果的影响,通过X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等手段探讨其中的抛光机制和颗粒残留等问题。结果表明:较之PS、SiO2颗粒抛光液,复合颗粒抛光液抛光Cu后,获得更大的去除和更好的表面质量,且与抛光过程中摩擦因数的关系相符合。     

化学复合镀层在NaOH中耐磨蚀性研究

研究了介质中NaOH浓度、镀层Cr2O3含量及热处理条件对低磷N i-P-Cr2O3化学复合镀层耐磨蚀性的影响,并与N i-P化学镀层进行了对比。结果表明:镀层的耐磨蚀性与介质中NaOH浓度呈线性关系,在任何NaOH浓度下复合镀层的耐磨蚀性均优于N i-P镀层;镀层Cr2O3质量分数在8%左右耐磨蚀性达到最佳值;经适当的热处理可显著提升镀层的耐磨蚀性。     

Effects of Electrochemistry on Surface Roughness during Chemical-Mechanical Polishing of Copper

In this research, we investigated the electrochemical behavior of copper (Cu) surfaces during chemical-mechanical polishing (CMP) with alumina containing slurries. The variation of pH and the percent of oxidizer were tested against impressed anodic and cathodic potentials. The polarization curves as well as potential and current values were measured in order to investigate the effects of electrochemical interactions during polishing. The polishing performance was evaluated through friction, wear, and surface quality. Surface characterization was conducted using an atomic force microscope. The areas scanned contained surfaces having different post-CMP surface chemistry. In such, the electrochemical, chemical, and mechanical action could be revealed and compared in situ and simultaneously. Research results showed that in acidic environment, the low pH dominated the surface roughness over oxidizer and anodic current. At high pH, however, oxidizer and anodic current played important roles. As a result, an optimized polishing condition was proposed.     

Dry Friction and Wear Characteristics of Impregnated Graphite in a Corrosive Environment

Tribological properties of impregnated graphite are greatly influenced by preparation technology and working conditions and it’s highly susceptible to corrosion environmental impacts,but the experimental research about it are few.In this paper,three kinds of impregnated graphite samples are prepared with different degree of graphitization,the tribological properties of these samples in the dry friction environment and in a corrosive environment are analyzed and contrasted.The tribo-test results show that the friction coefficient of samples is reduced and the amount of wear of samples increase when the graphitization degree of samples increases in dry friction condition.While in a corrosive environment（samples are soaked N2O4）,the friction coefficient and amount of wear are changed little if the graphitization degree of samples are low.If the degree of graphitization increase,the friction coefficient and amount of wear of samples increase too,the amount of wear is 2 to 3 times as the samples tested in the non-corrosive environment under pv value of 30MPa？m/s.The impregnated graphite,which friction coefficient is stable and graphitization degree is in mid level,such#2,is more appropriate to have a work in the corrosion conditions.In this paper,preparation and tribological properties especially in corrosive environment of the impregnated graphite is studied,the research conclusion can provide an experimental and theoretical basis for the selection and process improvement of graphite materials,and also provide some important design parameters for contact seal works in a corrosive environment.     

阳极/阴极面积比对Zr-4合金腐蚀磨损的影响

采用往复磨损实验机完成了Zr-4合金/Al2O3摩擦副在Na2SO4溶液中的腐蚀磨损实验。试验在改变负荷及试样的阳极/阴极面积比时,对腐蚀磨损的影响作了分析。用三坐标表面粗糙度仪测量了磨损体积,利用脉冲电位评价磨损产生的新生面与磨损表面的关系。结果表明:随着负荷的增加,自然电位下降而磨损量成正比例增加。电化学腐蚀作用随试样阳极/阴极的面积比的减小而增大。磨损面损伤的主要表现为磨粒磨损和粘着磨损的共同作用。     

磁流变抛光轮磨损影响因素分析

针对磁流变抛光轮长时间使用存在的严重磨损问题,分析磁流变抛光轮磨损原因,建立抛光轮半固着磨粒磨损模型,分析影响抛光轮磨损的主要因素。分析表明:磁流变抛光轮产生磨损的主要原因是回收器处形成的磁密封与抛光轮之间产生的半固着磨粒磨损,其磨损特征表现为介于二体磨损和三体磨损之间;磁场和磁链的变化是磨损率改变的根本原因,影响抛光轮磨损的主要因素为回收器间隙、抛光轮转速、抛光颗粒的含量和尺度。通过实验研究3种主要因素对抛光轮磨损的影响规律。结果表明:磨损率随回收器间隙的增大而减小,随着抛光轮转速、抛光颗粒的尺度和含量的增大,先增大后减小。实验结果与理论分析结果相吻合,验证了建立的半固着磨粒磨损模型的正确性。     

摩擦速度对Ti-6Al-4V合金腐蚀磨损的影响

采用腐蚀摩擦磨损试验机,进行了Ti合金/Al2O3摩擦副在林格溶液介质中的腐蚀磨损试验。试验在改变摩擦速度时对材料的耐腐蚀性能及钝化膜的再生能力进行了探讨。结果表明:摩擦破坏了Ti合金表面的钝化膜使电流密度上升。电流密度随摩擦速度的增大而增大。但是,钝化膜再生能力随摩擦速度的增大而减小。摩擦速度影响到磨损形态,速度小时主要以磨粒磨损形态为主,随着速度的增大磨损形态将过渡为腐蚀磨损和粘着磨损。     

用于模具自由曲面的新型气囊抛光中磨粒场的分析

为提高模具自由曲面抛光的效率和品质,提出一种基于柔性抛光理念的新型气囊抛光技术。研究了气囊抛光接触区内磨粒的运动轨迹、压力分布和抛光力的分布情况,建立了气囊抛光接触区内磨粒的运动模型、压力模型,揭示了气囊抛光接触区内磨粒直径对抛光力和被加工工件内部剪切应力的影响规律,研究了抛光过程中工件内部的剪切应力分布,明确了材料疲劳去除机理。为气囊抛光的应用奠定了理论基础。