二氧化铈抛光液化学机械抛光微晶玻璃的机理及优化

以纳米CeO₂为磨料自制抛光液,研究磨料质量分数、pH值、抛光液流量、抛光盘转速、表面活性剂种类和氟化铵质量分数等因素对微晶玻璃化学机械抛光的影响,分析总结CeO₂在微晶玻璃化学机械抛光中的作用机理,利用原子力显微镜（AFM）检测微晶玻璃抛光后的表面粗糙度。结果表明:当CeO₂质量分数为3%、抛光液流量为25mL/min、抛光盘转速为100r/min、pH=8.0、十二烷基硫酸钠质量分数为0.01%,氟化铵质量分数为0.7%时,抛光后微晶玻璃表面粗糙度（R_a）最低为0.72nm,材料去除速率达到180.91nm/min。      

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。     

钇铝石榴石晶体化学机械抛光液成分优化研究

钇铝石榴石(YAG)晶体由于其优异的物理化学和光学性能,广泛用作激光器的激光增益介质.然而,目前的加工方法很难满足YAG晶体的高效高质量加工.基于传统硅溶胶抛光液的抛光机理,配制一种化学机械抛光液,并通过正交试验优化化学机械抛光液的成分配比.使用优化后的抛光液抛光YAG晶体,其化学机械抛光材料去除率提升至34 nm/m...     

5083铝合金绿色化学机械抛光液对表面粗糙度的影响及机理分析

目的 为提高5083铝合金的表面质量,研制一种环境友好型化学机械抛光液,并分析5083铝合金化学机械抛光液对表面粗糙度的影响及作用机理。方法 使用绿色环保的化学机械抛光液对5083铝合金进行化学机械抛光。采用单因素控制变量法,分析不同的p H调节剂类型、p H值以及过氧化氢（H2O2）浓度对铝合金化学机械抛光后表面粗糙度的影响规律。采用电化学工作站,分析5083铝合金在不同抛光液中的静态腐蚀特性。运用X射线光电子能谱仪（XPS）分析5083铝合金在不同抛光液下表面元素化学组分的变化。结果 绿色环保抛光液的主要成分为去离子水、4%（质量分数）的二氧化硅磨粒、2.0%（质量分数）的H₂O₂和柠檬酸,并调节pH至3.0。5083铝合金进行化学机械抛光后,在70μm×50μm的扫描范围内铝合金表面粗糙度最低为0.929 nm。结论 电化学试验和XPS测试的分析表明,柠檬酸可加快抛光液对铝合金的腐蚀,H₂O₂使铝合金表面形成氧化层,减缓抛光液对铝合金的腐蚀。氧化层的主要成分为Al₂O     

铜互连线低压无磨料化学机械平坦化技术

在低压无磨料条件下,利用碱性FA/O型螯合剂具有极强螯合能力的特性,对铜互连线进行化学机械平坦化,获得了高抛光速率和表面一致性。提出了铜表面低压无磨料抛光技术的平坦化原理,在分析了抛光液化学组分与铜化学反应机理的基础上,对抛光液中的主要成分FA/O型螯合剂、氧化剂的配比和抛光工艺参数压力、抛光机转速进行了研究。结果表明:在压力为6.34kPa和抛光机转速为60r/min时,抛光液中添加5%螯合剂与1%氧化剂(体积分数,下同),抛光速率为1825nm/min,表面非均匀性为0.15。     

过化学计量比无钴合金Ml（Ni0.82Mn0.07Al0.06Fe0.05）5.4的晶体结构和电化学性能

详细研究了过化学计量经无钴合金Ml(Ni0.82Mn0.07Al0.06Fe0.05)5.4在常规熔铸、快速凝固、退火处理不同制备条件下的组织结构和电化学性能。X射线衍射（XRD）分析表明，常规熔铸合金由CaCu5型主相加少量的第二相（AlNi3)组成，而快速凝固合金的第二相析出得到一定程度的抑制，常规熔铸合金经1000℃退火处理后，部分第二相溶解消失。电化学测试表明，与常规熔铸合金相比，快速凝固和退火处理均大大提高了合金的电化学循环稳定性，但活化性能和高倍率放电性能稍有下降。快速凝固合金的电化学容量有所提高，而退火合金的放电容量与常规熔铸合金的基本相当。     

化学计量比B/A对La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(2.5)M_x(M=Ni,Co;x=0～1.0)电极合金微观结构及电化学性能的影响

为了探索化学计量比B／A（A和B分别为电极合金A侧和B侧元素的总和）以及Co替代Ni对ABx（x=2.5～3.5）型电极合金微观结构及电化学性能的影响,制备了电极合金La0.75Mg0.25Ni2.5Mx（M=Ni,Co;x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0）。系统地分析测试了合金的微观结构及电化学性能。结果表明,合金的微观结构与电化学性能与化学计量比B／A（相当于M含量x）密切相关。合金均具有多相结构,包括LaNi2,（La,Mg）Ni3和LaNi5相。随化学计量比B／A的增加,合金的主相由LaNi2转为（La,Mg）Ni3＋LaNi5相,并且合金的电化学性能,包括放电容量、高倍率放电能力（HRD）、放电电压特性等均显著改善。     

镀镍对多元替代低钴贮氢合金的电化学性能影响

研究了化学镀镍对低钴贮氢合金粉末颗粒形态和电化学性能的影响.结果表明,镀镍能明显提高低钴贮氢合金的放电容量、1C高倍率放电性能及循环稳定性,对活化性能亦有改善.SEM分析表明,化学镀镍过程中伴有吸氢反应.分析了镀镍对低钴贮氢合金电化学性能的影响机理.     

化学机械抛光中的接触状态研究概述

化学机械抛光是获取高表面平整度的有效关键技术,获得了广泛的研究和应用,其表面材料的去除作用依赖于所处的真实接触状态。归纳了抛光垫/晶圆相互作用的形式,即相互滑过而没有直接接触、混合润滑和直接接触。分析了接触状态及其转变过程中的影响因素,包括抛光垫的变形、釉化和磨损,抛光液中磨粒的影响及表面活性剂对钝化层厚度的改变等。重点总结了化学机械抛光中接触状态问题的研究进展,包括光学显微镜测量计算接触面积比、薄膜传感器测量接触面积比、利用双发射激光诱导荧光技术测量抛光液厚度、抛光垫表面形貌演变对材料去除速率的建模等方法的特点及存在的问题。最后提出了纳米间隙测量技术测量化学机械抛光中接触率动态变化,从而得到真实接触状态和接触状态转变规律的新思路。     

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。     

锆元素诱导非球形磨粒对氧化锆陶瓷的化学机械抛光性能

目的为了提高氧化锆陶瓷手机背板的化学机械抛光(CMP)性能,合成新型非球形二氧化硅磨粒,并分析非球形二氧化硅磨粒在CMP过程中的作用机理。方法利用Zr⁴⁺阳离子对球形二氧化硅纳米颗粒间作用力进行调控,制备Zr⁴⁺与SiO₂的质量比分别为0、0.025、0.050、0.075、0.100的抛光磨粒;利用纳米粒度电位仪和电子扫描显微镜(SEM)分析抛光液胶体稳定性和磨粒形貌;采用表面粗糙度(Sa)和材料去除率(MRR)来分析磨粒的化学机械抛光性能;利用改装后的摩擦因数仪和X射线光电子能谱仪(XPS)揭示非球形二氧化硅对氧化锆陶瓷的作用机理。结果在锆元素相对含量(以质量分数计)为0.075%时,得到了分散性良好的非球形二氧化硅磨粒抛光液,相较于球形二氧化硅磨粒抛光液,MRR提升了40.5%,并得到了Sa为1.74 nm的光滑表面;XPS分析结果表明,在抛光过程中二氧化硅磨粒可与氧化锆发生固相化学反应,生成更易去除的ZrSiO₄。摩擦因数测量结果表明,非球形二氧化硅磨粒与陶瓷片的摩擦因数从球形磨粒时的0.276提高到0.341。结论非球形的二氧化硅磨粒在抛光过程中具有更高的摩擦因数和化学机械协同作用,能高效地去除表面粗糙峰,并获得粗糙度为纳米级的平整表面,实现对氧化锆陶瓷手机背板的高效、高精度抛光。     

抛光液中离子浓度对化学机械抛光过程的影响

在化学机械抛光过程中,抛光液中的离子浓度对化学机械抛光的速率和表面质量影响显著。为了解释化学机械抛光过程中抛光液中离子浓度的作用,利用荧光观察试验及实际抛光试验,研究抛光液中离子浓度对抛光过程的影响,并使用白光形貌仪观察抛光后表面质量。结果表明:颗粒运动速度随着抛光液中的硫酸钾浓度的增加而下降,材料去除率随硫酸钾浓度上升而提高。但是过高的离子浓度会导致表面质量下降。当硫酸钾浓度大于175mmol/L时,抛光后晶片表面出现明显缺陷。为了兼顾完成质量和去除速率,应当选用硫酸钾浓度为150mmol/L左右的抛光液。     

高温合金脉冲电化学复合抛光实验研究

电化学机械复合抛光是近年来发展起来的一种抛光新技术。针对粗糙表面的高效抛光问题,提出一种两阶段的电化学机械复合抛光和纯机械抛光相结合的方法。论述了脉冲电化学机械复合抛光加工的实验设备,进行了系统的工艺参数实验研究;用方差分析的方法分析了各参数对加工试件表面粗糙度影响的显著性,得出最佳的工艺参数;详细分析了不同磨头加工时各参数对表面粗糙度的影响规律。实验研究表明,利用脉冲电化学机械复合抛光的加工方法,采用各种类型的阴极工具头,可实现镜面加工。     

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。     

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。     

长余辉发光粒子与光催化剂在SiC晶圆化学机械抛光中的协同作用

目的 获得一种可改善单晶SiC晶圆化学机械抛光(CMP)效率的复合增效技术，实现单晶SiC晶圆高效率和低成本的加工要求，并对其增效机理进行深入研究。方法 通过抛光实验和原子力显微镜测试，探究长余辉发光粒子(LPPs)与不同光催化剂的协同作用对SiC–CMP的材料去除速率和表面粗糙度的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)、紫外–可见漫反射光谱仪(UV–vis)、光致发光光谱仪(PL)和X射线光电子能谱仪(XPS)等仪器的测试结果，研究LPPs与光催化剂的协同增效机理。结果 与传统CMP的条件相比，在光催化条件下采用LPPs(质量分数0.5%)+TiO2(质量分数0.5%)+ H2O2(质量分数1.5%)+Al2O3(质量分数2%)的抛光液时，SiC的材料去除速率(MRR)由294 nm/h提高到605 nm/h，同时获得的晶圆表面粗糙度(Ra)为0.477 nm。然而，采用含有LPPs和ZrO2的抛光液抛光SiC时，其材料去除速率和表面粗糙度都未得到明显改善。XPS测试结果表明，LPPs与光催化剂的协同作用增强了抛光液对SiC的氧化作用。UV–vis和PL测试结果显示，LPPs与不同光催化剂协同效果的差异主要与其光学性能有关。结论 在光催化条件下，LPPs和TiO2对单晶SiC–CMP具有协同增效的作用，然而LPPs和ZrO2没有展现出协同增效的作用，即LPPs与光催化剂的协同作用可以改善SiC–CMP的性能，但是光催化剂的选择需要考虑LPPs的发光特性。     

抛光垫特性对硬质合金刀片CMP加工效果的影响

目的研究不同种类的抛光垫对硬质合金刀片表面化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing/Planarization,CMP)加工过程的影响,为实现硬质合金刀片高效精密CMP加工提供有效参考。方法利用Nanopoli-100智能抛光机,通过自制的Al2O3抛光液,分别采用9种不同种类的抛光垫对牌号为YG8的硬质合金刀片进行CMP实验,将0~40、40~80、80~120 min三个加工阶段获得的材料去除率和表面粗糙度进行对比,同时观察最佳的表面形貌,分析抛光垫特性对CMP加工效果的影响。结果在抛光转速60 r/min,抛光压力177.8 k Pa的实验条件下,9种不同类型的抛光垫中仅有5种适合用于YG8硬质合金CMP加工。而且抛光垫的表面粗糙度在YG8刀片CMP加工过程中的影响最为显著,抛光垫表面粗糙度越高,CMP加工的材料去除率越高。此外,抛光垫的使用时间对CMP过程也有影响,抛光垫使用时间越长,CMP的材料去除率越小。结论 YG8硬质合金刀片经5种不同类型抛光垫CMP加工后,其表面的烧伤、裂纹等缺陷均得到了极大改善。当使用细帆布加工40 min时,材料去除率最高,为47.105 nm/min;当使用细帆布加工80min时,表面粗糙度最低,为0.039μm。