蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究

目的 化学机械抛光(CMP)包含化学腐蚀和机械磨削两方面,抛光液pH、磨粒粒径和浓度等因素均会不同程度地影响其化学腐蚀和机械磨削能力,从而影响抛光效果。方法 采用30~150 nm连续粒径磨粒抛光液、120 nm均一粒径磨粒抛光液、50 nm和120 nm配制而成的混合粒径磨粒抛光液,分别对蓝宝石衬底晶圆进行循环CMP实验,研究CMP过程中抛光液体系的变化。结果 连续粒径磨粒抛光液中磨粒大规模团聚,满足高材料去除率的抛光时间仅有4 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.665 nm;均一粒径磨粒抛光液中磨粒稳定,无团聚现象,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高94.7%,能至少维持高材料去除率18 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.204 nm;混合粒径磨粒抛光液初始状态下磨粒稳定性较高,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高114.8%,之后磨粒出现小规模团聚现象,后9 h材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的59.6%,18 h内材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的87.7%,但抛光后的晶圆表面粗糙度为0.151 nm。结论 一定时间内追求较高的材料去除率和较好的晶圆表面粗糙度选用混合粒径磨粒抛光液,但需要长时间CMP使用均一粒径磨粒抛光液更适合,因此,在工业生产中需要根据生产要求配合使用混合粒径磨粒抛光液和均一粒径磨粒抛光液。     

磨粒和抛光垫特性对蓝宝石超声化学机械抛光的影响

抛光磨粒和抛光垫对蓝宝石超声化学机械抛光起重要作用,为研究磨粒和抛光垫特性对蓝宝石材料抛光效率和质量的影响,利用自制超声弯曲振动辅助化学机械抛光装置,研究金刚石、氧化铝和二氧化硅3种不同磨粒,以及表面多孔且无沟槽的聚氨酯抛光垫、IC1000抛光垫、IC1000和SubaⅣ复合抛光垫对蓝宝石材料去除率及抛光后表面粗糙度的影响。由质量损失求得的去除率和原子力显微镜表面形貌测试结果表明：二氧化硅抛光液的去除率3.2 μm/h接近氧化铝抛光液去除率3.8 μm/h,远大于金刚石抛光液去除率0.3 μm/h,且其抛光后的蓝宝石表面光滑、无损伤;3种抛光垫抛光后的蓝宝石粗糙度接近,约0.10 nm,但聚氨酯抛光垫的去除率为3.2 μm/h,远大于IC1000抛光垫的去除率1.9 μm/h及复合垫的去除率1.6 μm/h。二氧化硅抛光液和聚氨酯抛光垫适宜蓝宝石超声化学机械抛光工艺,可获得高去除率和原子级光滑表面。     

pH 值和表面活性剂对硅溶胶 CMP 抛光液的影响

目的研究pH值以及表面活性剂种类对CMP抛光液稳定性及抛光性能的影响。方法向硅溶胶中加入酸性或碱性pH值调节剂,配制不同pH值的CMP抛光液;通过添加不同类型的表面活性剂,研究表面活性剂对抛光液的稳定机理。结果硅溶胶CMP抛光液pH值为9.5时,加入非离子表面活性剂,抛光90 min后,铝合金表面粗糙度降低了55.4%,光亮度增加了131%,抛光质量较好。结论弱碱环境下,抛光液的稳定性和抛光性能优良,非离子表面活性剂有利于CMP抛光液的稳定性。     

用碱性抛光液化学机械抛光304不锈钢片研究

为提高化学机械抛光的加工效果,我们研究了pH值、氧化剂种类和氧化剂含量对材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明:不同氧化剂的抛光液在各自的最佳pH值时达到最大的材料去除率,分别为181 nm/min（H₂O₂抛光液,pH=9）,177 nm/min（Cr₂O₃抛光液,pH=11）,172 nm/min（Na₂Cr₂O₇抛光液,pH=11）和147 nm/min（NaClO抛光液,pH=13）;抛光液中氧化剂含量、pH值对抛光后不锈钢的表面粗糙度影响较小。其中,材料去除率较高的H₂O₂和Cr₂O₃可作为304不锈钢化学机械抛光碱性抛光液的氧化剂。      

纳米碳化硅抛光液的制备及其对蓝宝石晶片抛光性能的研究

制备了一种纳米SiC抛光液,用透射电镜观察其粒子形貌,通过纳米粒度仪研究了分散剂种类对悬浮液中SiC的粒径分布和Zeta电位的影响,并用制备的抛光液对蓝宝石晶片进行化学机械抛光。使用原子力显微镜观察蓝宝石晶片抛光后的表面形貌。结果表明:SiC磨料在以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂的悬浮液中分散效果最好;在相同试验条件下,采用质量分数1%的SiC抛光材料的去除速率最大,为24.0 nm/min,获得蓝宝石晶片表面质量较好,表面粗糙度R a为2.2 nm。     

化学机械抛光过程抛光液作用的研究进展

化学机械抛光(CMP)已成为公认的纳米级全局平坦化精密超精密加工技术。抛光液在CMP过程中发挥着重要作用。介绍了CMP过程中抛光液的作用的研究进展,综合归纳了抛光液中各组分的作用,为抛光液的研制和优化原则的制定提供了参考依据。     

CMP抛光半导体晶片中抛光液的研究

本文分析了化学机械抛光(CMP)半导体晶片过程中抛光液的重要作用,总结了抛光液的组成及其化学性能(氧化剂、磨料及pH值等)和物理性能(流速、粘性及温度)对抛光效果的影响规律,研究发现:酸性抛光液常用于抛光金属材料,pH最优值为4,碱性抛光液常用于抛光非金属材料,pH最优值为10～11.5;氧化剂能有效提高金属材料的抛光效率和表面平整度;磨料的种类、浓度及尺寸会影响抛光效果;分散剂有助于保持抛光液的稳定性;抛光初始阶段宜采用较低流速,然后逐渐提高;抛光液的粘性会影响晶片与抛光垫之间的接触模式、抛光液的均布、流动及加工表面的化学反应;抛光液温度的升高有助于提高抛光效率.最后本文指出了抛光液循环使用的重要意义及常用方法.     

抛光液中磨料和化学成分对单晶MgO基片化学机械抛光的影响

采用扫描电子显微镜和高分辨粒径分析仪对不同抛光液中磨料形貌、平均粒径大小和粒径分布范围进行观测分析,研究了SiO2磨料特性及各种无机酸对单晶MgO基片抛光材料去除率和表面粗糙度的影响.试验结果表明,使用粒径分布较窄的球形磨料和磷酸反应剂配制成抛光液,可以得到较高的材料去除率和较低的基片表面粗糙度.通过对抛光参数的进一步优化,采用抛光压力42 kPa,抛光转数100 r/min和抛光液流量30 mL/min,对单晶MgO基片进行化学机械抛光加工,单晶MgO基片抛光材料去除率可达到400 nm/min,抛光后的基片表面粗糙度Ra降低至0.4 nm.该抛光工艺已具有一定的实用价值.     

精细雾化Cu-CMP抛光液抛光效果的试验研究

以磨料白炭黑、氧化剂H2O2、有机碱三乙醇胺、分散剂聚乙二醇为原料,通过正交设计的方法配制一系列抛光液,通过四甲基氢氧化铵调节抛光液的pH值为12,然后在研磨抛光机上对铜片进行超声波精细雾化化学机械抛光（CMP）。对抛光盘转速与材料去除率的关系进行了研究,并对传统抛光和雾化抛光效果进行了对比。试验结果表明,分散剂、白炭黑、有机碱、氧化剂对抛光去除率的影响依次减弱。随着抛光盘转速的增加,雾化抛光的去除率经历了先缓慢增加、再急剧增加、后缓慢增加的变化过程。在同等的试验条件下,传统抛光的去除率为223 nm/min,铜片表面粗糙度为7.93 nm,雾化抛光去除率和铜片表面粗糙度分别为125 nm/min和3.81 nm;虽然去除率略有不及前者,但抛光液用量仅为前者的十几分之一。     

化学机械抛光超薄SUS304不锈钢抛光液研究

柔性显示已成为下一代显示技术的研究热点,不锈钢材料是柔性大尺寸显示器衬底的主要材料之一。为优化不锈钢表面的超光滑无损伤加工,采用化学机械抛光（CMP）技术,通过正交试验,研究磨料粒度尺寸、分散剂、氧化剂、磨料质量、缓蚀剂用量等因素对抛光后材料去除率和表面粗糙度的影响。试验结果表明:磨料粒度尺寸对表面粗糙度的影响最大,其次为双氧水、丙三醇、草酸、磨料质量;影响材料去除率的因素排列是磨料粒度尺寸、磨料含量、丙三醇含量、草酸含量、双氧水含量。      

晶体取向对蓝宝石晶片抛光加工的影响研究

目的 对比分析不同晶向蓝宝石晶圆抛光结果,优化加工参数,探究晶体取向对抛光结果的影响规律.方法 选取A、C面蓝宝石晶片(50.8 mm)为研究对象,采用控制变量法,分别以加工载荷(9.87、14.81、19.75 kPa)和抛光盘转速(20、40、60、80 r/min)为变量,以表面粗糙度Ra和材料去除率MRR为评价指标,对两种晶体取向的蓝宝石晶片进行抛光加工试验,借助3D表面轮廓仪与扫描电子显微镜SEM,对加工前后蓝宝石晶片的表面形貌进行对比,并根据试验结果优化加工参数.结果 A、C面蓝宝石晶片的表面粗糙度与材料去除率,随时间均表现出先快速下降,然后逐渐变缓,最后趋于稳定的趋势.当选取转速60 r/min、载荷14.81 kPa的参数组合时,两种晶片获得目标最小粗糙度和最大材料去除率,最终得到A面Ra=24.874 nm,MRR=3.715 nm/min,C面Ra=2.763 nm,MRR=7.647 nm/min,C面材料去除率为A面的2.1～2.5倍.结论 蓝宝石晶体取向作用对材料加工结果存在显著影响,在相同的加工条件下,相较于A面蓝宝石,C面蓝宝石更容易获得纳米级的表面质量和更高的材料去除率,即C面更易加工.     

硒化锌晶体精细雾化抛光液及去除机理研究

目的配制适合硒化锌雾化施液化学机械抛光的最优抛光液。方法选取氧化铝磨粒、pH调节剂四甲基氢氧化铵、氧化剂过氧化氢、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮为主要活性成分,以材料去除速率和表面粗糙度为评价指标,通过正交试验对硒化锌晶体进行精细雾化抛光,分析材料去除机理,并与传统抛光对比。结果氧化铝质量分数为9%、pH值为11、过氧化氢含量为3.5%、聚乙烯吡咯烷酮含量为0.75%时,材料去除率较高,为923.67 nm/min,同时表面粗糙度较小,为2.13 nm。在相同工况条件下,传统抛光材料的去除率和表面粗糙度分别为965.53 nm/min和2.27 nm。结论抛光液各组分对试验结果影响最大的为氧化铝磨粒,然后依次为氧化剂、pH值、表面活性剂。精细雾化抛光效果与传统抛光相近,但抛光液用量仅为后者的1/8。     

基于稳定pH值的硅衬底晶圆抛光液成分优化

目的 探究不同配比方案配制pH值相同的抛光液对抛光去除速率、抛光液寿命和表面粗糙度的影响,优化硅衬底晶圆抛光液,使其满足半导体产业的发展要求。方法 以二氧化硅水溶胶为磨料,通过设置有机碱、pH缓冲剂、pH稳定剂的不同配比来调节和稳定抛光液的初始pH值(11.0~12.0),在最佳工艺参数下循环使用抛光液对2英寸(1英寸≈2.54 cm)硅衬底晶圆进行抛光实验。研究不同配比下抛光液pH值、抛光去除速率随抛光液循环使用时间的变化情况。对比实验结果,分析各种成分在抛光过程中的作用,以及对抛光效果产生的影响,得出最佳配比方案,优化抛光液方案。结果 通过优化硅衬底晶圆的抛光液方案,使抛光去除速率达到0.804 μm/min,抛光液的寿命延长了约114.29%,抛光后硅衬底晶圆的表面粗糙度最低为0.156 nm。结论 得到了抛光液的最佳配比方案,有机碱的质量分数为1.0%,pH缓冲剂的质量分数为1.1%,并加入pH稳定剂调节pH,使其抛光去除速率、抛光液寿命、表面粗糙度都得到很大提升。     

化学机械抛光液的研究进展

化学机械抛光（CMP）技术是集成电路制造中获得全局平坦化的一种重要手段,化学机械抛光液是影响抛光质量和抛光效率的关键因素之一,而抛光液中的磨粒和氧化剂决定了抛光液的各项化学机械抛光性能。将抛光液磨粒分为单一磨粒、混合磨粒以及复合磨粒,综述了近年来国内外化学机械抛光液磨粒发展现状,其中重点分析和总结了SiO2、Al2O3、CeO2三种单一磨粒,SiO2/Al2O3、SiO2/SiO2、SiO2/CeO2混合磨粒,CeO2@SiO2、PS@CeO2、PS@SiO2、sSiO2@mSiO2、PMMA@CeO2、PS@mSiO2等核-壳结构复合磨粒,Co、Cu、Fe、Ce、La、Zn、Mg、Ti、Nd等离子掺杂复合磨粒的研究和应用现状,并针对目前存在的问题进行了详细的分析。针对目前化学机械抛光液不同材料氧化剂（高锰酸钾和过氧化氢）的选择和使用进行了分析总结。此外,介绍了一种新型绿色环保抛光液的研究和使用情况,同时对化学机械抛光液存在的共性问题进行了总结,最后展望了化学机械抛光液未来的研究方向。     

催化剂浓度对6H-SiC晶片Si面化学机械抛光性能的影响

目的提高6H-SiC晶片Si面化学机械抛光(CMP)的材料去除率(MRR),改善其抛光表面质量。方法使用含有不同Cu~(2+)浓度和甘氨酸形成的配合物作为催化剂、H2O2作为氧化剂的抛光液,对6H-SiC晶片Si面进行CMP。使用精密天平称量SiC晶片抛光前后的质量,计算其MRR。使用AFM观测Si C晶圆表面,测其表面粗糙度(Ra)。使用Zeta电位仪测量在不同Cu~(2+)浓度下纳米氧化硅磨粒的Zeta电势和粒径分布。使用摩擦磨损试验机测量不同Cu~(2+)浓度时Si C晶圆的摩擦系数。对比不同压力和转速在CMP中对Si C的MRR和Ra的影响。结果随着Cu~(2+)浓度的增大,MRR先增大后减小,在Cu~(2+)体积浓度为300μmol/L时,MRR有最大值,为82 nm/h,此时,Ra为0.156 nm;相比之下,不加入Cu~(2+)-甘氨酸配合物的MRR为62 nm/h,Ra为0.280 nm。同时,随着Cu~(2+)浓度的增大,一方面,溶液中磨粒的Zeta电势绝对值不断减小,但高于不加入Cu~(2+)-甘氨酸配合物时的Zeta电势绝对值;另一方面,其平均粒径逐渐增大,但低于不加入Cu~(2+)-甘氨酸配合物时的平均粒径(104.0nm)。另外,随着Cu~(2+)浓度的增大,Si C晶圆的摩擦系数先增大后减小,在300μmol/L时达到最大,为0.6137。最后,随着压力的增大,MRR不断增加,但压力过大,使得Ra增大。随着抛光盘转速的增大,MRR先增大后减小,Ra无明显变化,在120 r/min时,MRR有最大值,为96 nm/h,Ra为0.161nm。结论 Cu~(2+)-甘氨酸配合物作为催化剂能够加快Si C化学机械抛光中的化学氧化速率,从而提高MRR,并且能够提高抛光液分散稳定性,改善Si C晶圆表面质量。另外,增大抛光压力可以增强机械磨削作用,提高MRR,但压力过大,会损伤晶片表面。抛光盘转速的增大也可以提高MRR,但其过大则会使抛光液外溅,降低化学作用,导致MRR降低。     

Method of surface treatment on sapphire substrate

Sapphire single crystals are widely used in many areas because of the special physic properties and important application value. As an important substrate material, stringent surface quality requirements, i.e. surface finish and flatness, are required. The use of CMP technique can produce high quality surface finishes at low cost and with fast material removal rates. The sapphire substrate surface is treated by using CMP method. According to sapphire substrate and its product properties, SiO2 sol is chosen as abrasive. The particle size is 15-25 nm and the concentration is 40%. According to the experiment results, pH value is 10.5-11.5. After polishing and cleaning the sapphire surface, the surface roughness was measured by using AFM method and the lowest value of Ra 0.1 nm was obtained. From the results, it can be seen that using such method, the optimal sapphire surface can be gotten, which is advantageous for epitaxial growth and device making-up.     

基于叶序仿生抛光垫的化学机械抛光的运动分析

为了改善化学机械抛光的接触状态和被加工工件的表面形态,基于生物学的叶序理论设计了仿生结构的抛光垫。从单颗磨粒切削理论出发,建立了抛光运动方程和材料去除率分布模型。利用所建立的运动方程和材料去除率分布模型进行了晶片表面材料去除率分布的计算分析,得到抛光机的运动参数及抛光垫的叶序参数对材料去除率的影响规律。结果表明:当抛光盘的转速较大、工件转速适中、摆臂摆动频率较小、摆臂中心角较小及叶序参数取值较小时可以获得更好的材料去除分布。