湖北汇富纳米材料股份有限公司
高级会员第6年 参观人数:113089
    气相二氧化硅在CMP(化学机械抛光)中的应用

        CMP(Chemical Mechanical Polishing,化学机械抛光)是机械削磨和化学腐蚀的组合技术,它借助超微粒子的研磨作用以及浆料的化学腐蚀作用在被研磨的介质表面(如单晶硅片、集成电路上氧化物薄膜、金属薄膜等)上形成光洁的平面,它克服了传统的化学抛光所具有的抛光速度慢、容易导致抛光雾斑以及机械抛光所具有的易产生机械损伤、抛光精度低的缺点,并且可以根据需要对抛光的要素进行适当的控制,现已成为半导体加工行业的主导技术。

        图1是一种CMP设备简图。其基本组成部件是一个转动着的圆盘和一个圆晶片固定装置,两者都可施力于圆晶片并使其旋转,在研浆的帮助下完成抛光,研浆供应系统可以保证抛光垫的润湿程度均匀,适当供应新的研浆保证其成分不变。

                                                  图1 一种CMP设备简图

    CMP技术所采用的设备及消耗品包括:CMP设备、CMP浆料、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、CMP浆料分布系统、废物处理和测量设备等,其中CMP浆料、抛光垫和抛光机是CMP工艺技术的关键要素。表1是典型的CMP浆料品种,其中SiO2CMP浆料的种类及用量最多。


    SiO2浆料的制备方法可以分为凝聚法和分散法。凝聚法是利用溶液中化学反应所生成的SiO2通过成核、生长而制得SiO2浆料;分散法是利用机械分散的方法将二氧化硅粉末在一定的条件下分散于水中而制得SiO2浆料。

    利用分散法制备SiO2CMP浆料所选用的纳米二氧化硅有沉淀法二氧化硅和气相二氧化硅等,其中气相二氧化硅是最理想的选择。由于纳米粉体制备技术的发展,特别是气相法纳米粉体制备技术和表面处理技术的发展,使得高纯度、粒子粒径大小和粒径分布可控、表面性质可设计化生产成为可能。

        

    表2为利用气相法制备的纳米气相二氧化硅的技术性能指标,其高纯度是沉淀法二氧化硅难于达到的,因此目前大多都选用气相二氧化硅制备SiO2CMP浆料。

    由于气相二氧化硅表面具有一定数量的硅羟基,它们可与水形成氢键作用,产生严重的增稠效应,如果不对气相二氧化硅进行表面处理很难制备高浓度的SiO2浆料。因此在使用过程中需要对其进行适当的表面处理,降低其增稠性,提高浓度和分散稳定性。利用气相二氧化硅表面硅羟基的高活性可以选择适当的表面处理剂对其进行表面处理,目前气相二氧化硅的表面处理技术已经实现了连续化、可控化和可设计化工业生产。