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2.1 CeO2抛光浆料
稀土氧化物CeO2具有很好的抛光性能,其特点是抛光速率高,对材料的去除率高,被抛光表面粗糙度和表面微观波纹度较小,颗粒硬度低,对被抛光表面损伤较弱;其缺点是勃度大,易划伤且高低选择性不好,沉淀在介质膜_L吸附严重,为后续清洗带来困难. CeO2抛光浆料广泛应用于玻璃精密抛光、超大规模集成电路Sio2介质层抛光和单晶硅片抛光等,而现在国内外有很多研究也致力于CeO2抛光浆料对半导体衬底材料(如GaAs晶片)的抛光。
首先纳米CeO2粒子通过化学吸附与抛光表面上的Sio2之间形成Ce-O-Si键,CeO2粒子将表面部分Sio2撕裂下来,进入溶液中;经过扩散,Sio2粒子又从CeO2粒子的表面脱落。
Ce-O-Si键的形成与S-O-Si键的断裂影响着抛光速率.化学吸附作用和机械撕裂作用同时影响着Si-O-Si键的断裂。
CeO2抛光浆料区别于传统抛光活性强的抛光浆料都是强酸,它在碱性抛光环境下是两性的,能同时吸附阳离子和阴离子,故有更好的抛光性能。
乡屯度、硬度、粒度、粒度分布、悬浮性、表面电性、表面活性和密度等都是影响其抛光性能的主要因素.粒度大的适合高速抛光,粒度小的适用于低速抛光圈.
具有高抛光性能的纳米CeO2目前的合成方法主要有:液相反应法、固相反应法、机械化学法。
液相反应法包括:溶胶一凝胶法、液相沉淀法、电化学法、水热法、微乳液法、喷雾热分解法等。
张鹏珍等采用溶胶一凝胶法制备了平均晶粒度在13.3 nm且粒度分布均匀的纳米CeO2粉体,经此CeO2抛光浆料抛光后的玻璃幕片表面粗糙度(Ra)可降到0.6nm左右,显示了良好的抛光性能。
Ming等(2a)也采用此法在常压下制备纳米CeO2,原料为硝酸饰钱、尿素和去离子水,通过加热得到的Ce O2粒径为8 nm,具有立方体结构。
电化学法制得的CeO2优点是粒子粒度很小,分散性也较好,工艺也相对简单,但是产率较低。
水热法的优点是不需要进行高温灼烧处理,避免了硬团聚。
Verdon等在耐熔的合金容器中,于1.5 MPa和500%条件下进行水热合成制得的纳米CeO2晶型较好。
BondioliF等利用固相反应在得到的CeO2产物尺寸为10-20 nm,且具有较好的尺寸分布.有研究表明,用机械化学法也能制成粒度在10-20nm的纳米CeO2. Rajendran(291通过一种新的方法研究了CeO2抛光Si仇过程,发现CeO2的机械作用能加速其与Siq还原的化学反应,并且在抛光过程中存在Cc 3+与Ce0+两种价态。
2.2 Si02抛光浆料
Si仇抛光料的优点是选择性和分散性好,机械磨损性能较好,化学性质较活泼,后清洗过程废液处理较容易,其缺点是硬度较高,易在被抛光物体表面造成不平整,且在抛光浆料中易产生凝胶现象,对抛光速度的再现性有不良影响,同时会使被抛光物体表面产生刮伤。
SiO2抛光浆料的pH值、磨料粒径(50-200 nm)与分散度、浓度等都对其抛光效果有很大的影响。
Si02抛光浆料用于硅片的抛光、层间介电层OLD)的抛光、妮酸钾晶片的抛光、硬盘基片的抛光等。
Siq抛光料的制备方法国内外有很多研究,从总体来说主要是分散法与凝聚法:分散法是通过机械搅拌将纳米Si仇粉末直接分散到水中来制备Si02浆料的。
用分散法制备Si02浆料主要包括以下3个过程:①纳米Si02颖粒在液体中润湿:②团聚体在机械搅拌力作用下被打开成独立的原生粒子或较小的团聚体;③将原生粒子或较小的团聚体稳定住,阻止再发生团聚。
采用分散法制备出的Si仇浆料浓度高、颗粒均匀、分散性好、纯度高、黏度较小,但受粉体本身性能的影响特别严重。
凝聚法是利用水溶液中化学反应所生成的SiO2通过成核、生长,采用各种方法脱除其中杂质离子得到纳米Sio2水分散体系的一种方法,该法制得的Sio2浆料颖粒粒径均一,形状规整,纯度与浓度也较高.王占银以SiO2作为抛光浆料,分析了影响妮酸铿晶片抛光效果的因素,通过优化工艺参数,使妮酸锉的表面粗糙度凡达到0.387 nmo雷红制备了Sio2抛光浆料用来抛光镍磷敷镀的硬盘基片,表面形貌仪测得抛光后基片的表面粗糙度和波纹度分别为0.052 nm和0.063 nm,且基片表面无凹坑、电蚀等缺陷。
另有研究表明[30 1当Si02抛光浆料pH->9时,在抛光浆料中加入适量的活性剂和鳌合剂,能消除Si02凝胶现象,得到较好的抛光结果。
目前,对影响Si02抛光浆料抛光效果〔高抛光速率、低表面损伤、高表面平整度、易清洗等)的各种因素(抛光浆料粒度、pH 值、温度、抛光浆料流速等)的研究己比较成熟.
2.3 A1203抛光浆料
1998年日本COSMOS公司首次开发了纳米级别的超细A1203微粉作磨料的纳米级抛光剂,从而Al2o3抛光浆料广泛应用于CMP领域,以纳米Y-AI203为研磨粒子的浆料可用于集成电路生产过程中层间钨、铝、铜等金属薄膜的平坦化及高级光学玻璃、石英品体和各种宝石的抛光等.A12o3场抛光浆料因具有选择性低、分散稳定性不好、易团聚等缺点,往往在几分钟内就会出现沉淀,颗粒变粗,所以在抛光中表面划伤严重,损伤层深,所以通常A1203抛光浆料要混合有机添加物一起使用并控制好工艺条件以达到良好的抛光效果。
宋晓岚等的研究表明,在y-A12伪固含量为6%的浆料中,加入异丙醉胺分散。