硅溶胶化学机械抛光液研究

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1、硅溶胶化学机械抛光液研究第一章绪论1.1引言先进的制造业是一个国家的基础产业，也是其它各行各业赖以生存的基础，而电子和信息产业是关系到国家经济利益和国防安全的战略性产业。归根到底，21世纪国力的竞争为先进制造能力的竞争，在信息时代的今天，主要表现为对电子产业先进制造能力的竞争。机械制造的精密程度关系到电子技术的发展速度。目前，电子产品的先进制造业的快速发展方向为高精度（纳米级的控制精度，亚纳米级的加工精度）、高性能（T级的储存量和CPU主频）、高集成度（纳米级的线宽）以及可靠性（小于1/109的千小时失效率）,因此，对加工工件表面的局部平整度和整体平整度都提

2、出了前所未有的高要求（要求达到亚纳米量级的表面粗糙度）[1]，同时对超精密加工技术的水平提出了严峻的挑战。表面平整化加工的重要手段是抛光，常见的抛光技术如机械抛光、化学抛光、磁研磨抛光、流体抛光、电化学抛光、离子束轰击抛光、浮法抛光等[2,3]，均属于局部平坦化技术，且平坦化能力从几微米到几十微米不等[4]，但是国际上普遍认为，加工工件特征尺寸在0.35μm以下时，必须进行全局平坦化，而目前唯一可以提供整体平面化的表面精加工技术就是超精密化学机械抛光技术（CMP）[5]。1.2CMP技术的发展1985年之前，CMP技术主要应用于精密光学系统的生产和半导

3、体制造中硅片加工，在商业中CMP技术高度垄断，并秘密保存。在此期间仅限于CMP的装置系统和消耗品如浆料、固定料和抛光垫的研发，但CMP工艺方面的研发内容因作为商业秘密而很少交流。80年代后期，CMP技术被IBM，intel,Micron和Motorola等IC企业所认知和重视，加速了RD活动。CMP技术被SEMATECH（半导体制造工艺研究合作组织）描述为是一个对多层金属薄膜加工的强有力的技术，并且为了推动CMP装置设备和消耗品的研发和提高性能，SEMATECH发起了巨大的联合研发计划。尽管此时CMP技术很不成熟，在工业应用中的代价也很昂贵，但是在90年代初

4、CMP技术还是被先进高性能逻辑的IC生产工业采用，然而CMP装置设备和消耗品的供应商很少，而且没有专门针对性的产品供应商，如抛光垫和浆料等消耗品都于其他生产工艺，根本没有根据CMP技术的特点对产品进行优化，没有一个专门的供应商对附属设备、浆料分布系统、CMP后清洗（post-CMPcleaning）、废物处理等技术领域提供对应的产品。在先进的逻辑器件如微处理器、ASIC等生产过程中，CMP技术得到应用的速度非常之快，由于价格昂贵，CMP技术在存储器领域的应用较慢，但是由于起始硅片材料的高要求和加工线宽的降低，在IC工业界CMP技术不得不大力采用。第二章实验内

5、容和性能检测2.1实验设计本实验的重点分为两个部分，第一部分，配制出性能稳定的CMP抛光液，其中包括三个方面:①用不同种类PH值调节剂配制出不同pH值的抛光液；②氧化剂含量不同配置不同的抛光液；③不同种类表面活性剂配置不同的抛光液。第二部分是性能检测，其中包括三个方面：①检测不同pH值调节剂配制的不同pH值抛光液在不同抛光时间下对铝合金表面抛光效果的影响，例如对粗糙度、光泽度的影响；②抛光液中氧化剂含量不同对抛光性能的影响；③抛光液不同硅溶胶固含量对抛光性能的影响；④pH值和不同种类表面活性剂对抛光液稳定性的影响综上所述，本文就是研究抛光液中的各组分对抛光液

6、本身以及对铝合金抛光表面质量的影响。目前国际上对铝合金抛光使用的悬浮抛光剂通常为纳米氧化铝液体，纳米Al2O3硬度大，机械作用大，能保证较高的抛光速率，但是纳米Al2O3是在煅烧、研磨、筛选下得到的，在这个过程中保持粒径均一并且达到纳米级是非常困难，并且Al2O3硬度大，很容易对铝或铝合金表面形成严重划伤，除此以外Al2O3粘度大，铝或铝合金抛光后表面不易清洗，难以确保平整度。另外，Al2O3是在抛光液中发生电离生产偏铝酸[35]，是纳米Al2O3的机械作用大大降低。而纳米级的二氧化硅溶胶具有硬度适中，抛光过程中不会对铝合金表面形成划伤，粘度小、粘着性弱等优

7、点，清洗过程容易，不会发生过度腐蚀现象，并且提高了铝合金表面的反应速度。目前国内硅溶胶的制备技术已经非常的成熟，主要有酸性硅溶胶、中性硅溶胶、碱性硅溶胶，由于本课题要研究碱性化学机械抛光液的抛光性能，所以选用了pH值为9.0、粒径为15nm,固含量为42%的硅溶胶作为抛光剂。2.2抛光液的组成及其作用本实验选用磷酸和有机酸草酸、柠檬酸这三种酸进行对比，而磷酸是无机中强酸，容易与铝合金表面的氧化物作用，去除斑点，使铝合金恢复原来的光泽；柠檬酸是良好的pH值缓冲剂，可以和金属发生络合，在机械作用下去除这些络合物，使铝合金表面平坦化；草酸是有机酸中的中强酸，是最简

8、单的二元酸之一，他具有金属除锈、清洁的作用，尤其对铝