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。     

多切削刃金刚石颗粒烧结试验研究

为提高金刚石工具的锋利度和加工效率，延长其使用寿命，采用低温烧结的方法对金刚石颗粒表面进行多刃化处理。使用扫描电镜照片和质量损失率对不同烧结工艺的金刚石颗粒多刃化效果进行表征，并进行了碳化硅晶片研磨试验。结果表明:金刚石颗粒多刃化处理的最佳烧结工艺为:烧结温度750 ℃，烧结时间480 min，期间通10 kPa氧气2次，每次通气2 min，通气间隔2 h。在此条件下可获得大小适中，凹坑分布均匀的多刃化金刚石颗粒表面。碳化硅晶片研磨试验证明:多刃化金刚石颗粒与常规金刚石颗粒相比，材料去除率可提高1.1倍，研磨后晶片表面粗糙度R_a约为常规金刚石颗粒的24%，多刃化处理可显著提高金刚石颗粒研磨碳化硅晶片的抛光效率和精度。      

Study of oxygen and carbon species on Si substrate during in-situ cleaning prior to high-quality epitaxial deposition

We investigated the effect of in-situ cleaning with ECR (Electron Cyclotron Resonance) hydrogen plasma. This cleaning was effective in removing oxygen and carbon on the wafer surface because of its high density and low substrate damage and, thus, high quality epitaxial films were deposited. The contents of the oxygen or carbon species were correlated with the structural quality of the interface and film. The possible reaction mechanisms for the cleaning of oxygen and carbon species were scrutimized. The removal of oxygen rather than of carbon, was crucial in obtaining high quality epitaxial films.     

硒化锌晶片抛光的研究

采用化学机械抛光（CMP）的方法,使用自主研发的氧化铝抛光液作为研磨介质,通过对硒化锌（ZnSe）晶片进行抛光实验,得出了氧化铝磨粒的粒度尺寸、抛光液的pH值、氧化剂种类及质量分数对ZnSe晶片表面状态和去除率的影响。实验结果表明:氧化铝抛光液适宜ZnSe晶片的抛光,采用质量分数15%的氧化铝抛光液（氧化铝粒度尺寸200 nm）,加入质量分数3%的次氯酸钠浸泡24 h,抛光液的pH值为8,试验结果较佳,此时去除率可达2 μm/min,晶片表面平整无划痕,表面质量较理想。      

纳米CeO2的醇水法制备及其对GaAs晶片的抛光性能

在醇水体系中以HMT为缓释沉淀剂制备了纳米CeO2粉体,并用TEM、SAD、XRD对其进行了表征,将制备的不同粒径纳米CeO2粉体配制成抛光液,对GaAs晶片进行了化学机械抛光。研究了醇的引入及煅烧温度对粉体性能的影响,并就纳米CeO2磨料尺寸对GaAs晶片抛光后表面粗糙度的影响机理进行了探讨。结果表明:醇水体系中制备的纳米CeO2颗粒较水溶液中制备的颗粒粒径小,且分散性好;随着煅烧温度的升高,颗粒逐渐增大,不同尺寸的纳米颗粒具有不同的抛光效果;随着磨料粒径的增大,表面粗糙度值也随之升高。     

超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削（Conventional cutting,CC）与超声振动辅助切削（Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC）两种加工方式,通过有限元仿真软件 Abaqus 对 20%SiCp / Al 复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC 颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及 Al 基体撕裂是影响 SiCp / Al 复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力（主切削力）降低 33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为 531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题, 对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。     

固结磨料研磨蓝宝石晶片的工艺优化

为了满足蓝宝石晶片高效低损伤的加工要求,采用亲水性固结磨料研磨垫研磨蓝宝石晶片的工艺,研究基体中碳化硅粒度尺寸、基体类型、金刚石粒度尺寸及研磨液中磨料4个因素对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化获得高加工效率和优表面质量的工艺参数。实验结果表明:基体中碳化硅粒度尺寸为10 μm、基体类型为Ⅱ、研磨垫采用F公司粒度尺寸为35~45 μm的金刚石、研磨液中磨料的粒度尺寸为5 μm的碳化硅为最优工艺组合,亲水性固结磨料研磨蓝宝石的材料去除率为431.2 nm/min,表面粗糙度值为R_a 0.140 2 μm。      

介电泳抛光方法及其电极形状的实验研究

目的验证介电泳抛光方法的有效性,研究电极形状对介电泳抛光方法均匀性、抛光效率和去除率的影响。方法选取直径76.2 mm的单晶硅片为实验对象,进行传统化学机械抛光(CMP)实验和使用4种电极形状的介电泳抛光实验,每隔30 min测量硅片不同直径上的表面粗糙度以及硅片的质量,然后对测量的数据进行处理和分析。结果与传统CMP方法比较,使用介电泳抛光方法抛光的硅片,不同直径上的表面粗糙度相差小,粗糙度下降速度快,使用直径60 mm圆电极形状介电泳抛光时相差最小,粗糙度下降最快。介电泳抛光方法去除率最低能提高11.0%,最高能提高19.5%,最高时所用电极形状为内径70 mm、外径90 mm的圆环。结论介电泳抛光方法抛光均匀性、效率和去除率均优于传统CMP方法。     

Thermal–mechanical analysis of the surface waves in laser cleaning

The work described in this paper is to investigate the particle removal mechanism by surface wave in laser cleaning. A mathematical model of laser cleaning processes was established for a flat plate to remove micro-particles from the surfaces by surface waves. The software ABAQUS, based on finite element method, was used to simulate the non-linear stress wave problem for an uncoupled thermal–mechanical system in a two-dimensional domain. The result shows that the cleaned area increases with the laser energy, which led to surface waves with large acceleration in the vertical direction, but the effective cleaned area decreases with an increase of the laser spot size.     

基于原子力显微镜的纳米抛光颗粒的摩擦力测量方法

基于原子力显微镜接触模式,使用侧向力扫描测量单个纳米颗粒与基底表面的摩擦力,从而为颗粒从基底表面去除提供最为直接的测试方法。对硅片表面进行羟基化增强其亲水性,将聚苯乙烯纳米颗粒单层均匀地分散到硅片上。使用横向力模式和NanoMan两种方法侧向推动纳米颗粒,测得单个颗粒与硅片表面之间的最大静摩擦力分别为(1.57±0.09)μN和(1.51±0.13)μN,试验结果基本一致,表明这两种测量方法可靠有效。此外,NanoMan可控制针尖推动单个颗粒在基底表面做滑移运动,表明颗粒-基底的滑动摩擦力与针尖施加载荷和扫描速度密切相关。     

SiC 单晶片化学机械研磨试验研究

目的提高Si C单晶片的材料去除率,改善加工后的表面质量。方法进行研磨液试验,利用极差法得到研磨液的最优配比和研磨液成分中影响去除率的主次因素顺序;对主要影响因素进行单因素试验并考察对材料去除率的影响。结果研磨液的质量为50 g,最优配方为:助研剂、分散剂、增稠剂、润滑剂、磨料A、磨料B的质量分别为9,7,5,3,3,5 g,其余为调和剂,磨料A和磨料B的粒度均为W28。结论影响材料去除率的主要因素为磨料粒度,粒度越大,材料去除率越高。     

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。     

整体叶盘回转辅助水平振动式抛磨的颗粒力学行为仿真分析

针对目前抛磨整体叶盘存在的加工效率低、均匀一致性差等加工难题,采用回转辅助水平振动式滚磨光整加工工艺对整体叶盘进行抛磨加工。基于离散元法模拟加工过程中颗粒的作用行为,探究颗粒对整体叶盘的作用行为特征、作用力变化规律、作用力分布特征。结果表明:颗粒在整体叶盘流道区域与两侧无工件区域具有不同的运动特征,两侧颗粒仅能作用于整体叶盘的两侧区域;整体叶盘回转过程中,叶片在进出流场区域时会受到一些突变力的作用,沿回转方向叶片表面受力呈先增大后减小趋势,而且改变回转方向影响颗粒对叶背、叶盆的作用力波动幅度;颗粒对叶片表面的作用力存在明显的强弱差异,作用力RSD值在30%～60%,叶背强作用力主要集中于进气及叶尖区域,叶盆强作用力主要集中于排气及叶尖区域。      

激光一次性去除铝合金飞机蒙皮涂层实验与数值研究

目的 研究激光的频率、功率及扫描速度等参数对脉冲激光清洗航空铝合金表面S06-0215油漆涂层的影响,分析脉冲激光清洗的机制,优化工艺参数组合,并设计航空铝合金表面涂层一次性去除方法。方法 以航空铝合金2A12为基材,开展脉冲激光的频率、功率和扫描速度等参数对基材表面涂层烧蚀深度的影响研究,以及烧蚀过程中基材表面最高温度的模拟研究。同时,以表面粗糙度和去除深度为评价指标,对2A12铝合金飞机蒙皮表面涂层进行清洗实验,对采用优化参数清洗后的蒙皮表面进行粗糙度测量、元素含量以及组成成分分析。结果 脉冲激光的扫描速度和频率变大,以烧蚀为主导作用的去除机制逐渐减弱,同时振动机制逐渐增强,并最终转变为主导地位。影响激光去除深度的参数,按权重大小依次为扫描速度、功率、频率。结合模拟与实验结果发现,激光频率125 kHz、功率70 W和速度50 mm/s为表面涂层S06-0215最佳的一次性去除工艺参数组合,此时能量密度大小为1.47 J/cm²,清洗过程中,不损伤2A12铝合金飞机蒙皮基材。通过XRD、SEM以及EDS表征分析表明,氧化膜仅被部分去除。结论 激光清洗铝合金表面...     

粗糙度和尖峰高度对粗糙铜晶圆表面化学反应动力学参数的影响

根据液固化学反应特性和欧几里得有效面积公式,建立了适用于粗糙晶圆表面的化学反应动力学方程,得到了不同晶圆表面的化学反应速率常数和化学机械平坦化(CMP)前后晶圆质量差。根据晶圆表面不同位置的lg(RMS height)lgx拟合直线斜率和截距的平均值,得到了每个晶圆表面的分形维数与尺度系数,进一步得到了铜膜化学反应分级数。通过分析晶圆表面分形维数对化学反应动力学参数的影响,可以得出： 当表面分形维数为2.917时,铜膜的化学反应分级数为1,此时铜膜的络合反应过程中的所有瞬时反应数量达到最小值。最后的验证试验表明： 晶圆表面分形维数越大,CMP后尖峰消除量越大,即铜膜表面化学反应速率越快;晶圆表面分形维数越小,CMP后粗糙度下降越明显,即铜膜表面化学反应均匀性越好。     

磨粒刻划单晶SiC的SPH与FEM耦合仿真分析

目的 进一步理解金刚石线锯加工硬脆晶体材料的去除特性.方法 采用SPH与FEM耦合算法,分析磨粒刻划单晶碳化硅工件过程中的材料去除动态响应,研究不同磨粒压入深度与几何形状条件对磨粒接触力、工件刻划表面形貌与应力分布的影响规律,分析磨粒恒定深度刻划与变深度刻划两种方式下磨粒刻划工件材料的动态响应.结果 磨粒接触力的各方向分量均随刻划时间发生波动,其中x与z轴方向的磨粒接触力随时间的变化趋势相近,平稳刻划时段的磨粒接触力均值拟合方程分别为fx=3.0956h2.7264,fz=11.3813h2.6214.磨粒压入深度是影响刻划过程中工件刻划截面形貌及应力分布的主要因素.相较于圆锥体磨粒,球体磨粒刻划后的工件材料截面形貌更粗糙,但工件材料的变形及损伤层深度更小.在磨粒变深度刻划方式下,随着磨粒压入深度的增加,刻划过程中的工件材料发生了脆塑转变.结论 在保证材料去除率的条件下,需降低磨粒压入深度,以降低磨粒接触力,获得更平整的工件表面刻划形貌与更低的等效应力.     

基于不同纳米划痕顺序的6H-SiC单晶片材料去除机理研究

通过微纳米力学测试系统对6H-SiC单晶片(0001)晶面进行不同间距和不同顺序的纳米刻划试验,并用摩擦力传感器、超景深显微系统和三维形貌仪对产生的划痕的划痕横截面轮廓曲线、划痕深度、摩擦力以及表面形貌进行分析,研究单晶片刻划过程中不同划痕间距和划痕顺序下的材料去除过程.结果表明:当静载荷为100 mN时,不同划痕间距...     

Characteristics of electrolyzed anode water as a display cleaning medium

RCA cleaning has been intensively studied, and during the last ten years has been modified to meet high integration and environmental requirements. Ozonized, hydrogenised, or electrolyzed water cleaning technologies are being developed in order to fulfil these requirements. However, to date, the proposed approaches have not broken through the RCA paradigm such as SC1 and SC2 steps. In this work, anode water of electrolysis was applied to clean particles and organics as well as metals, based on the Pourbaix concept, and as a test vehicle, MgO particles were introduced to verify the new concept. The electrolyzed water was generated by an electrolysis reaction, which involves anode and cathode waters. The anode water is very oxidative and low in pH, which may be suitable to the present cleaning requirements. NH₄Cl solution was supplied as an electrolyte to increase oxidative power, and the obtained oxidation-reduction potential (ORP) and pH for the anode water (AW) were more than 900 mV and 3.1, respectively. MgO particles were immerged in the anode water and the weight losses due to dissolution were measured with time. Weight losses were ranged from 100 to 500 μg for 1 to 2 g of substrate weight. Therefore, it was concluded that the cleaning radicals in the anodic water were at least in the range of 1 to 5E20 ea per 250 ml anode water, equivalent to 1E18 ea/cm³. Hence, the anode water could be effectively applied to semiconductor cleaning, since 1E10 to 15 ea/cm³ of contamination is treated. In addition, this approach does not develop micro-roughness on hydrophobic surfaces while it does so on the native silicon oxide. It is believed that the anode water may be effective even for nano-particle cleaning since the particle removal concept is not based on double layer repulsion but on dissolution, similar to metal removal.     

镀铝衍射光栅表面有机污染物的等离子体清洗技术

高能量激光装置中衍射光栅吸附的有机污染物是导致衍射光栅损伤的关键因素之一,采用等离子体清洗技术可以实现衍射光栅表面污染物的在线去除。通过有限元方法分析等离子体清洗范围,获得等离子体清洗半径随着清洗距离下降而增加的规律。研究等离子体清洗工艺参数与表面有机污染物去除效果间关系,结果表明随着清洗距离以及工艺气体中氧气含量的上升,镀铝衍射光栅表面自由能的极性部分和色散部分都会增加,其中极性部分的增加起主导作用。等离子体清洗后的镀铝衍射光栅表面呈现洁净状态的周期性锯齿形结构,并且C1s(285.0eV)峰值由6.65×10⁴降低至2.86×10⁴。研究等离子体清洗镀铝衍射光栅后表面自由能变化情况,结果表明镀铝衍射光栅表面的极性基团会吸附空气中的碳氢化合物,出现表面自由能下降的陈化现象。研究结果可为镀铝衍射光栅表面有机物污染物的等离子体在线去除提供新的途径。     

硅片化学机械抛光技术的研究进展

随着硅片厚度的增大和芯片厚度的减小,硅片在加工中的材料去除量增大,如何提高其加工效率就成了研究的热点之一。由于化学机械抛光过程复杂,抛光后硅片的质量受到多种因素的影响,主要包括抛光设备的技术参数、耗材(抛光垫和抛光液)的性质和硅片自身在抛光时的接触应力状态等。本文介绍了硅片化学机械抛光技术的研究进展,讨论了影响硅片抛光后表面质量和表面材料去除率的因素,如抛光液、抛光垫、抛光压力等,并对目前用于硅片化学机械抛光的先进设备进行了综述。