应用物理学专业毕业论文24054

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1、大学本科生毕业论文题目：化学机械抛光原理及其浆料研究专业：应用物理学班级：08级应用物理化学机械抛光原理及其浆料研究摘要随着半导体产业的快速发展，多层布线技术得到了大力开发，导致人们对电子元件表面的平整度和光洁性的要求越来越高。为了满足这一要求，使得人们对化学机械抛光技术（CMP）的研究力度不断加大。本文主要对对化学机械抛光技术及国内外研究现状、抛光磨料及浆料的制备以及材料去除机理作了研究与分析。在化学机械抛光技术中，浆料的选择决定着是否能够得到高平整性与高光洁度的抛光元件表面。继而磨料作为浆料的

2、主要组成部分，得到了人们的大力关注。磨料主要分为三类：单磨料、混合磨料、复合磨料。本文主要研究了SiO2、Al2O3、CeO2三种单磨料的特点和制备方法，介绍了混合磨料、复合磨料的特点。对CMP技术的研究，最主要的是研究被抛光元件表面的材料去除机理。由于接触形式不同，所依据的物理理论也不尽相同。本文主要分析了基于摩擦力学原理和流体力学原理的两种不同的材料去除机理模型。由分析结果可知，通过设定化学机械抛光过程中的各种参数值，可以使人们通过调节施加在被抛光元件表面的压力以及被抛光元件和抛光垫之间所产生

3、的摩擦力来提高化学机械抛光的抛光能力，以得到拥有更高平整度和光洁度的元件表面。关键词：化学机械抛光、磨料、浆料、去除机理模型AbstractKeywords:chemicalmechanicalpolishing,polishingsolution,polishingremovalmechanismmodel目录摘要IABSTRACTII第一章引言11.1化学机械抛光及其原理11.2化学机械抛光技术的发展2第二章国内外对抛光浆料的研究现状及浆料的制备32.1抛光浆料简介32.2国内外对抛光浆料的研

4、究32.3浆料制备方法5第三章SIO2、AL2O3、CEO2磨料的简介与其制备方法63.1单磨料的特点63.1.1对SiO2磨料的研究63.1.2对Al2O3磨料的研究83.1.3对CeO2磨料的研究103.2混合磨料的特点123.3复合磨料的特点12第四章化学机械抛光技术的抛光机理和模型构建134.1化学机械抛光机械去除机理模型概述134.2CMP抛光机理模型举例134.3CMP去除机理模型分析144.3.1基于摩擦力学原理的典型模型的分析144.3.2基于流体力学原理的典型模型的分析19结论2

5、3参考文献24致谢26第一章引言在20世纪60年代以前，对于各种材料工件抛光还大都沿用单独的机械抛光或者化学抛光。机械抛光主要是采用氧化镁、氧化锆等抛光颗粒以机械研磨的方式对工件进行抛光，尽管机械抛光的速率很高，但是这种方法对抛光元件的表面损伤常常是非常严重的。同时对于化学抛光来说，这种方法是以化学反应为基础，因此其对抛光元件的表面损伤是很小的，并且在抛光后可使元件表面的抛光精度比较高，获得较好的抛光效果。但是由于化学反应所需的时间一般都较长，这就导致了抛光速率变得很低。随着科技的不断进步，半导体

6、产业在60年代获得了快速发展，原有的抛光方法已不能满足需求，这就迫使人们不得不对抛光方法进行改进。因此人们便开始尝试各种各样的抛光方法，这时便有人将机械抛光与化学抛光结合起来，化学机械抛光技术（CMP）便出现了。并且在1965年，由Monsanto第一次提出了化学机械抛光（CMP）这一概念[1]。1.1化学机械抛光及其原理CMP技术将机械抛光和化学抛光的各自优点结合起来，使之进行抛光时，即可以获得较好光洁度和平整性的平面，又可以得到比较高的抛光速率。这种技术是目前能够实现全局平坦化的唯一有效方法[

7、2]。化学机械抛光技术首先利用抛光液中的催化剂、表面活性剂、氧化剂、流动改进剂、稳定剂等成分与元件表面的原子进行一系列的氧化还原反应，从而达到软化元件表面的目的。然后使用物理机械的方法去除该软化层，使之裸露出新的电子元件表面。通过这两步的循环交替进行，进而最终达到对元件表面进行抛光的目的。以化学机械抛光原理为基础的简易抛光机如图1.1所示。图1.1CMP抛光原理图（1.圆晶片；2.圆晶片固定装置；3.抛光浆料；4.研浆供料；5.抛光垫；6.旋转盘）27化学机械抛光装置的基本组成部分是一个转动着的圆

8、盘和一个被抛光电子元件固定装置。这两个装置都可施力于电子元件晶片并使其旋转，在抛光液的润滑下完成抛光。用一个自动研磨浆料添加系统就可以保正抛光垫湿润程度保持均匀，同时适当地送入新研磨浆料以保持浆料的成分不变。1.2化学机械抛光技术的发展随着半导体产业的不断发展，与其相对应的抛光方法也在不断发展。并从80年代中期以后，为了满足半导体产业对硅元件表面抛光精度的要求，人们开始大力研究化学机械抛光这一方法，这也促使CMP技术开始快速的发展。由于半导体领域中的集成电路快速的发展，且电子产品的