铈、镧、钛掺杂胶体SiO2复合磨粒的制备及其抛光性能研究
化学机械抛光（chemicalmechanicalpolishing，CMP）作为目前唯一可以提供全局平面化的表面加工技术，可以通过纳米磨粒与抛光垫产生的机械作用和抛光液发生的化学作用相互协同使得工件有很高的材料去除速率和良好的表面质量，被广泛用于集成电路芯片(IC)，光电子(LEDs)、计算机硬盘基片、超精密光学镜头、光学窗口等领域。抛光液是CMP中关键要素之一，纳米磨粒是影响抛光液CMP性能的重要因素，磨粒的组成、结构、大小、形状等理化性质直接影响工件的表面质量以及材料的去除除率(removalrate,MRR)。SiO2溶胶作为一种高的表面能和吸附性材料，具有良好的稳定性，并对许多材料表面有着较好的亲和性，被广泛用于CMP抛光液中。近年来，随着对抛光性能的要求日益提高，单纯的胶体SiO2磨粒已经不能满足抛光的需求，其应用受到了很大的限制。 本文创新性的使用晶体生长法在胶体SiO2中掺杂金属元素来改性SiO2胶体，分别制备了铈、镧、钛掺杂胶体SiO2复合磨粒，并研究了三种复合磨粒对单晶蓝宝石(C0001)、单晶硅片的CMP性能、探究了其抛光机理。 本文首先采用扫描电子显微镜（SEM）、飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS）、激光粒度仪、Zeta电位仪等测试手段对复合磨粒的特性进行了表征。结果表明，所制备的三种复合磨粒与纯的胶体SiO2一样，具备球状形貌且分散性良好，粒径约为100nm。 进而研究了三种复合磨粒对单晶蓝宝石、单晶硅片的的抛光性能，结果表明，所制备的三种复合磨粒与纯的胶体氧化硅相比，在一定程度上对蓝宝石、硅片的的MRR都有显著的提高，且抛光后的蓝宝石表面划痕、缺陷、都减少，表面粗糙度降低。 最后，通过TOF-SIMS、X-射线电子能谱仪(XPS)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)等测试方法初步分析了复合磨粒对单晶蓝宝石的CMP机理。ICP-AES测试结果表明，在CMP的过程中，蓝宝石中的铝元素并非以离子的形式被去除，离心后的抛光废液中不存在Al3+、AlO2-离子，CMP过程中可能发生了固相反应。TOF-SIMS、XPS测试结果表明，在CMP过程中，复合磨粒能够与蓝宝石表明裸露的Al2O3、水化层(AlOOH)发生固相反应，生成硬度较低，更容易被机械去除的新物质，从而提高了材料的去除率。
化学机械抛光;蓝宝石基片;胶体SiO2复合磨粒;固相反应;集成电路
上海应用技术大学
硕士
材料化学工程
雷红
2016
中文
TN405.2;TG580.692
2021-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）