论文部分内容阅读
根据正交表L9(34)安排了雾化施液CMP试验，应用AFM原子力显微镜分别对试验后的硅片进行了表面形貌扫描。通过极差分析，得到在本次试验中抛光时间是主要因素。所得硅片的表面粗糙度最低的Ra值分别是4.8nm，4.2nm，4.5nm。应用SEM扫描电子显微镜对硅片表面进行扫描和观察，在放大倍数增加到10,000倍的情况下均未观察到划痕或损伤。应用TEM透射电子显微镜观察了抛光液中磨料的分散情况，发现该抛光液中的磨料粒度大小不等，分布均匀，无团聚等现象。本文根据具有高比表面积的雾化液的特性、雾化液附着于抛光垫表面的特点、超声振动对抛光液的影响、被抛光硅片表面特征等，分析了雾化施液化学机械抛光材料去除形式是表面材料分子级氧化磨损去除。以磨料粒度为研究对象，对100型单晶硅片进行了单因素雾化施液CMP实验。实验研究发现小粒径的磨料在材料去除过程中不仅起着机械作用还起着传递OH-离子的作用，小粒径的磨料比大粒径的磨料表现出更强的化学活性。从化学动力学和分子动力学角度分析了磨料对抛光去除速率的影响机理，绘制了材料去除分子动力学和化学动力学过程图：微米级的雾化液附着在抛光垫表面并随着抛光垫的旋转被送入到硅片表面，由于凹凸峰的影响及微极性效应，15nm直径的二氧化硅磨料活性极强，将大量的OH-传送到硅片表面进行化学反应，Si-Si键受冲击并且其断裂的活性临界值明显降低，抛光液中所溶解的H2O和O2可以断裂被弱化的Si+s-Si++s键，从而产生Si-S i+H2O Si-H HO-Si或者是氧原子的桥接Si-S i+O Si-O-Si，最后再分别形成单聚硅化物，二聚硅化物，三聚硅化物如此循环并溶于抛光液从而形成材料去除。分别进行了压力、抛光盘转速、pH值等的单因素试验，研究了其对雾化施液CMP材料去除速率和粗糙度的影响。试验发现硅片的材料去除率随着压力的增大而增大，压力对抛光后的硅片表面粗糙度影响不明显；材料去除率随着抛光盘转速的增加呈现出先增高后降低的趋势;表面粗糙度随着抛光盘转速的增加基本不变，但随着转速增加，硅片表面的平整度得到了明显的提高。硅片的材料去除率随着pH值的增加先增大后减小。并分别分析了压力，转速和pH值对抛光性能的影响机理。研究了抛光垫的组织结构对雾化施液CMP抛光性能的影响，抛光垫微观组织结构的不同所获得的材料去除率相差较大。分析认为弹性模量降低后，会导致抛光垫的承载能力减弱，从而抛光过程中抛光垫会产生较大变形，不利于材料的去除；微凸峰的减少以及表面粗糙度的降低导致抛光垫与硅片之间的摩擦减少，所提供的机械作用减少；微孔变形后所能储藏和吸附的去离子水及雾化抛光液减少，不利于保证高效率的化学腐蚀作用。