硅溶胶抛光液对硅单晶抛光片表面质量的影响
7页1、硅溶胶抛光液对硅单晶抛光片外表质量的影响简要:摘要: 硅抛光片外表质量除了受抛光工艺参数影响外,在很大程度上还受抛光液的影响。通过检测外表 Haze 值和粗糙度,研究硅抛光片外表形貌,分析不同抛光液对抛光片外表质量的影摘要: 硅抛光片外表质量除了受抛光工艺参数影响外,在很大程度上还受抛光液的影响。通过检测外表 Haze 值和粗糙度,研究硅抛光片外表形貌,分析不同抛光液对抛光片外表质量的影响,确定不同抛光阶段对抛光液的要求。研究结果说明粗抛光过程是以化学腐蚀为主导的化学机械平衡过程,与 pH 值联系紧密,与起机械摩擦作用的硅溶胶中 SiO2 颗粒平均粒径及分布关系不大。要想获得原子级平坦的外表,精抛光液的作用非常重要,pH 值对精抛光片外表的影响非常明显,必须严格控制在合理范围。如果腐蚀作用过大,那么会增大外表 Haze 值和粗糙度; 如果机械作用过大,那么会在外表出现犁沟。索开南; 张伟才; 杨洪星; 郑万超, 半导体技术 发表时间:2022-09-30关键词: 硅抛光片; 硅溶胶; 抛光液; Haze 值; 粗糙度0 引言化学机械抛光 ( CMP) 是目前应用最广泛的半导体平坦化技术
2、,其加工原理是工件外表与抛光液发生化学反响,同时通过与抛光布的机械摩擦不断将反响物去除的过程。当化学作用和机械作用到达完美平衡时,可获得理想的抛光效果,实现工件外表原子级平坦。在微电子器件制备流程中,前道的半导体衬底材料制备和后道的芯片制备都需要 CMP,其中半导体衬底材料的抛光要求最高。半导体衬底材料 CMP 的主要目的是去除外表的亚损伤层,同时降低外表的微观粗糙度,提高外表的均匀性。硅溶胶抛光液是 CMP 的关键介质,通常由胶体磨粒、分散剂、稳定剂等成分构成。在 CMP 过程中,抛光液有三个作用,即化学腐蚀、机械摩擦和降温,对 CMP 的工艺效果有着至关重要的影响。目前,对抛光液的研究主要集中在通过抛光液配方的改变研究抛光液对抛光片外表的影响1,或通过工艺优化改善抛光外表质量2,很少有人逆向通过外表质量去分析抛光液的性能。本文采用反向对照的方式,通过分析抛光片外表由外表形貌 ( 微粗糙度) 及外表或近外表相对集中的晶体缺陷引起的非定向光散射现象 ( 简称 Haze 值) ,以及原子力显微镜 ( AFM) 外表粗糙度及起伏情况,研究抛光液对抛光片外表质量及均匀性的影响。1 实验采用粗
3、抛光+精抛光两步抛光工艺进行实验,再分别从粗抛光片和精抛光片中取样进行测试。粗抛光实验设备为 SPM-19 型粗抛光机,抛光布为 SUBA 600 型抛光布; 精抛光实验设备为 SPM-19 型精抛光机,抛光布为 Politex. reg 型抛光布。本次实验共涉及 4 种粗抛光液 ( 编号为 a d) 、3 种精抛光液 ( 编号为 e g) ,实验所用抛光液具体参数如表 1 所示。不同抛光液实验所采用的抛光工艺和清洗工艺完全相同。抛光液使用前均采用去离子水进行相同倍数的稀释,稀释倍数为粗抛光液 30 倍、精抛光液 40 倍。硅片参数为 p 型 ( 掺硼) 晶向,电阻率为 1. 010-3 1. 510-3 cm。抛光片外表质量的检测方法为先在强光灯下目检,再采用 WM-7S 型晶片外表分析仪进行抛光片外表 Haze 值扫描,采用 Dimension Edge AFM 进行晶片外表微观形貌和粗糙度检测。2 实验结果及讨论2. 1 粗抛光液对粗抛光片外表的影响对于粗抛光液,SiO2 颗粒质量分数和 SiO2 颗粒平均粒径均不同,尤其是粒径差异较大,如表 1 所示。抛光过程中 4 种抛光液表
4、现出的工艺性能均无太大差异,去除速率为 0. 6 0. 9 m /min。采用 4 种粗抛光液抛光后晶片 ( 样品 A 样品 D) 外表 Haze 值扫描结果如图 1 所示。Haze 值扫描结果显示,80%左右的 Haze 值都落在表征值 ( 9. 9010-8 1. 1810-7 ) 范围内。其中采用粗抛光液 b 抛光后,Haze 值在 9. 9010-8 1. 1810-7 内占比最大,为 80. 19%; 采用粗抛光液 d 抛光后,Haze 值在 9. 9010-8 1. 1810-7 内占比最小,为 74. 94%。对于粗抛光片外表,这种差距可以忽略不计,而 4 种抛光液颗粒粒径和含量差距明显,因此从 Haze 值扫描结果中可以初步判定,硅溶胶颗粒大小和数量对粗抛光片外表形貌影响不大。通常认为,在 CMP 过程中,化学作用越强, Haze 值越大,随着抛光液化学作用的减弱,机械作用的增强,Haze 值会逐渐减小,直到降至平衡点3-4。为了进一步研究粗抛光液对抛光片外表质量的影响,选取分别采用粗抛光液 b 和 c 抛光后的抛光片 ( 样品 B 和样品 C) 进行 AFM 分析。图
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