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(1)拋光劑的作用:將被拋光工件表層凸起處去除,提高工件表面的平整度。例如,對半導體晶片進行拋光時,借助于外力,磨料將晶片表面經過化學反應生成的鈍物質去除,加工出所需的平整性。目前常用拋光劑有二氧化膠體、氧化鋁、氧化鈰和納米金剛石等懸浮拋光劑。
隨著電子信息產業的高速發展,加工工件的尺寸越來越大,加工精度越來高,而且對材料的需求量越來越大,CMP技術在國民經濟中的作用日益突出。磨料作為 拋光液中的基本消耗品,其需求量是非常之大,因此磨料的選擇要出以下幾個方面考慮:可行性(拋光效果好)、穩定性、經濟實用等。
目前地方上對鋁合金拋光使用的懸浮拋光劑通常為納米氧化鋁液體,納米Al 2 O 3 硬度大,機械作用大,能保證較高的拋光速率,但是納米Al 2 O 3 是在煅燒、研磨、篩選下得到的,在這個過程中保持粒徑均一并且達到納米級是非常困難,并且Al 2 O 3 硬度大,很容易對鋁或鋁合金表面形成嚴重劃傷,除此以外Al 2 O 3 粘度大,鋁或鋁合金拋光后表面不易清洗,難以確保平整度。另外,Al 2 O 3 是在拋光液中發生電離生產偏鋁酸,是納米Al 2 O 3 的機械作用降低。
而納米級的二氧化硅溶膠具有硬度 適中,拋光過程中不會對鋁合金表面形成劃傷,粘度小、粘著性弱等好的點,清洗過程容易,不會發生過度腐蝕現象,并且提高了鋁合金表面的反應速度。目前國內硅 溶膠的制備技術已經非常的成熟,主要有酸性硅溶膠、中性硅溶膠、堿性硅溶膠,由于本課題要研究堿性化學機械拋光液的拋光性能,所以選用了pH值為9.0、 粒徑為15nm,固含量為42%的硅溶膠作為拋光劑。
(2)pH值調節劑:拋光液中腐蝕介質的作用:首先,作為拋光液pH值調節劑,保證拋光液的穩定性;其次,與被拋光工件發生化學反應和腐蝕,在CMP拋光中起化學作用。pH調節劑有酸性和堿性兩種。
酸性pH值調節劑:我們常用的無機酸有HCl、HNO 3 等,但這些酸的腐蝕性過于強烈,對器件會形成嚴重的腐蝕;另外,這些酸性過強,在使用中存在危險,除此以外,這些酸對環境的污染性很大,很難治理。因此,我們在本實驗中用中強酸和有機酸來作為酸性PH值調節劑。
磷酸和有機酸草酸、檸檬酸這三種酸進行對比,而磷酸是無機中強酸,容易與鋁合金表面的氧化物作用,去除斑點,使鋁合金復原原來的光澤;檸檬酸是良好的 pH值緩沖劑,可以和金屬發生絡合,在機械作用下去除這些絡合物,使鋁合金表面平坦化;草酸是有機酸中的中強酸,是簡單的二元酸之一,他具有金屬除銹、 清潔的作用,尤其對鋁合金。
堿性pH值調節劑:我們常用的堿為無機堿,如KOH、NaOH、Mg(OH) 2 等強堿來調節拋光液的pH值,但是這些堿中的金屬離子會被帶入拋光液,引起拋光器件局部穿孔漏電,使器件失效 。因此,作為不含金屬離子的有機堿是比較好的選擇。
酸性調節劑從有機酸和中強酸中來選擇,堿性 pH 值調節劑從有機堿中來選擇。本實驗選用兩種有機胺進行對比。
(3)表面活性劑: 改變磨料表面性質,使拋光液具有良好的分散性,避免磨料團聚;其次,使拋光后在拋光工件上形成的膜處于物理狀態,容易拋光后清洗。由于帶電離子的進入會影 響拋光液的性質,所以拋光液中使用的一般是非離子型表面活性劑。本文分別選用的表面活性劑有非離子型表面活性劑A、陰離子型表面活性劑B、陽離子型表面活 性劑C。
(4)氧化劑:能夠在拋光工件表面形成氧化膜,拋光工件凸起部分的氧化膜通過機械作用被磨削掉,凹處的氧化膜防止進一步被腐蝕,利于后續的機械拋光,從而提高拋光效率和表面平整度。
拋光液常用的氧化劑有Fe(NO 3 ) 3 、 KIO 3 、 KMnO 4 、K 3 [Fe(CN 6 )]和H 2 O 2 等,但是金屬離子的介入會對拋光器件性能形成影響,而且會對拋光液和環境形成污染,所以本課題選用有機氧化劑,此氧化劑沒有金屬離子,反應產物清潔,后清潔個工序簡單。
(5)緩蝕劑:以適當的濃度和形式存在于環境(介質)中時,是一種可以防止或減緩材料腐蝕的化學物質或復合物質,主要作用于溶液。
(6)鈍化劑:在被拋光工件表面形成鈍化層,防止被拋光工件過度腐蝕,主要作用于材料表面。一般鈍化劑和緩蝕劑一起使用效果比較好。
(7)消毒劑:防止微物體細小物體的生成,保證拋光液的穩定性。