几种常见化学机械抛光浆料简述
2020-12-18 17:41:08
化学抛光技术是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术，广泛应用于集成电路（IC）和超大规模集成电路中（ULSI）对基体材料硅晶片的抛光，其中化学机械抛光浆料是关键因素之一，抛光磨料的种类、物理化学性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等均与抛光效果紧密相关。下面小编主要介绍目前使用最为广泛的几种抛光浆料。
一、抛光浆料概述
抛光浆料的成分主要由三部分组成：腐蚀介质、成膜剂和助剂、纳米磨料粒子。抛光浆料要满足抛光速率快、抛光均一性好及抛后易清洗等要求。
抛光浆料应用于半导体材料硅晶片的抛光
抛光浆料按 pH 值分类主要分为两类：酸性抛光浆料和碱性抛光浆料。
1、酸性抛光浆料
酸性抛光浆料主要包括氧化剂、助氧化剂、抗蚀剂（又叫成膜剂）、均蚀剂、pH 调制剂和磨料。各成分作用如下：
（1）氧化剂：主要起与抛光物件表面发生氧化腐蚀作用，然后通过机械作用去除表面凸起部分，使物件表面平整。
（2）助氧化剂：提高氧化速率。
（3）均蚀剂：可使腐蚀均匀，从而使表面光滑细腻。
（4）抗蚀剂：在被抛光物件表面与被腐蚀基体形成一层联结膜，从而阻止腐蚀的进行以提高选择性。
2、碱性抛光浆料
碱性抛光浆料主要包含络合剂、氧化剂、分散剂、pH 调制剂和磨料。由于碱性抛光浆料仅在强碱中才有很宽的腐蚀领域，而且磨料易造成划伤，所以应用没有酸性抛光浆料广泛。
二、CeO2抛光浆料
高抛光性能的纳米CeO2的合成方法主要有：液相反应法、固相反应法、机械化学法。液相反应法包括：溶胶-凝胶法、液相沉淀法、电化学法、水热法、微乳液法、喷雾热分解法等。
CeO2 抛光浆料广泛应用于玻璃精密抛光、超大规模集成电路SiO2介质层抛光和单晶硅片抛光等。目前，国内外研究者主要致力于研究CeO2抛光浆料对半导体衬底材料（如GaAs晶片、二氧化硅晶片等）的抛光。
CeO2粒子的抛光机理
CeO2 抛光浆料优点是：抛光速率高，对材料的去除率高，被抛光表面粗糙度和表面微观波纹度较小，颗粒硬度低，对被抛光表面损伤较弱。缺点是：黏度大，易划伤且高低选择性不好，沉淀在介质膜上吸附严重，为后续清洗带来困难。
三、SiO2抛光浆料
SiO2 抛光浆料优点是选择性和分散性好，机械磨损性能较好，化学性质较活泼，后清洗过程废液处理较容易，其缺点是硬度较高，易在被抛光物体表面造成不平整，且在抛光浆料中易产生凝胶现象，对抛光速度的再现性有不良影响，同时会使被抛光物体表面产生刮伤。
SiO2抛光浆料用于硅片的抛光、层间介电层（ILD）的抛光、铌酸锂晶片的抛光、硬盘基片的抛光等。
SiO2抛光浆料用于铌酸锂晶片的抛光
1、SiO2抛光浆料制备方法
目前，SiO2抛光浆料的制备方法国内外有很多研究，其制备方法主要有分散法与凝聚法。
（1）分散法
分散法是通过机械搅拌将纳米SiO2粉体直接分散到水中来制备SiO2浆料。其主要工艺过程包括：
①纳米 SiO2 颗粒在液体中润湿；
②团聚体在机械搅拌力作用下被打开成独立的原生粒子或较小的团聚体；
③将原生粒子或较小的团聚体稳定住，阻止再发生团聚。
分散法制备SiO2抛光浆料优点是：浓度高、颗粒均匀、分散性好、纯度高、黏度较小。
（2）凝聚法
凝聚法是利用水溶液中化学反应所生成的SiO2通过成核、生长，采用各种方法脱除其中杂质离子得到纳米SiO2水分散体系。
凝聚法优点是：制备的SiO2抛光浆料颗粒粒径均一，形状规整，纯度与浓度也较高。
目前，对影响 SiO2抛光浆料抛光效果（高抛光速率、低表面损伤、高表面平整度、易清洗等）的各种因素（抛光浆料粒度、pH 值、温度、抛光浆料流速等）的研究已比较成熟。
四、Al2O3抛光浆料
纳米γ-Al2O3 为研磨粒子的抛光浆料广泛应用于集成电路生产过程中层间钨、铝、铜等金属薄膜的平坦化及高级光学玻璃、石英晶体和各种宝石的抛光等。
纳米γ-Al2O3抛光浆料应用于高级光学玻璃抛光
目前，国内具有良好的抗静电性和可擦性的 Al2O3抛光浆料已经研制出来，应用于磁性材料的精密抛光加工中。有研究表明，通过 Al2O3外层包覆 SiO2形成壳-核性结构粒子抛光浆料抛光能很好地提高抛光性能，减低表面损伤和粗糙度，其机理可能为壳-核结构的缓冲效应和粒子之间的解聚作用。
参考文献：
1、宋晓岚，吴雪兰，王海波等，化学机械抛光技术及SiO2抛光浆料研究进展。
2、卢海参，雷红，张泽芳等，超细氧化铝表面改性及其抛光特性。
3、张鹏珍，雷红，张剑平等，纳米氧化铈的制备及其抛光性能的研究。
李波涛