拋光液

拋光液一般包含磨粒、氧化劑、絡(luò)合劑、表面活性劑、磨料、pH調(diào)節(jié)劑、腐蝕抑制劑等成分，各種添加劑的選擇和含量對(duì)拋光效果都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。拋光液具有技術(shù)含量高、保密性強(qiáng)、不可回收等特點(diǎn)，這使其成為CMP技術(shù)中成本最高的部分。上面我們提到，CMP材料是晶圓制造的核心耗材，占晶圓制造成本的7%，其中拋光液和拋光墊是最核心的材料，占比分別為49%和33%。拋光液是CMP技術(shù)中的決定性因素之一，其性能直接影響被加工工件表面的質(zhì)量以及拋光加工的效率。

01單一磨粒拋光液

單一磨粒拋光液是指在拋光液中只含有納米二氧化硅(VK-SP50F)、納米氧化鋁(VK-L200F)、納米氧化沛(VK-CE30F)、納米二氧化錯(cuò)(VK-R30F)、納米金剛石等眾多常用磨粒之一。其中納米SiO2、納米Alzo3、納米Ceo2是應(yīng)用最廣泛的。

(1)納米Sio2 (vK-SP5OF)

納米SiO2 (VK-SP5OF）具有良好的穩(wěn)定性和懸浮性、低黏度和低硬度(平均布氏硬度為7）等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用為拋光液磨料。然而，針對(duì)S iO2表面、內(nèi)部特性及其對(duì)拋光性能的影響機(jī)理尚不清楚。盡管使用siOz作為拋光液磨粒得到了廣泛的研究和應(yīng)用，但是，SiOz易團(tuán)聚、不適合長(zhǎng)期保存、硬度較低，導(dǎo)致拋光速率無(wú)法突破高效率瓶頸等問(wèn)題還是沒(méi)有從根本上解決。此外，拋光液中的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化劑等化學(xué)試劑不僅對(duì)設(shè)備存在嚴(yán)重的腐蝕，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的身體健康也存在著很大的威脅。

(2)納米Alz03 (VK-L200F)

由于納米Al2O3 (VK-L200F）的兩性化學(xué)性質(zhì)，Al2O3拋光液分為堿性?huà)伖庖汉退嵝話(huà)伖庖?，與堿性?huà)伖庖合啾龋嵝話(huà)伖庖簩?duì)設(shè)備的腐蝕更為嚴(yán)重，所以堿性?huà)伖庖罕人嵝話(huà)伖庖簯?yīng)用更廣泛。堿度對(duì)堿性?huà)伖庖盒阅芷鹬浅Ｖ匾淖饔?，?jīng)市場(chǎng)調(diào)研，pH值為12以上可以提高材料的去除率，但是過(guò)高的堿度同樣會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕。因此，制備低堿性Al2O3拋光液已成為一個(gè)新的課題。

AlzO3磨粒在水溶液中由于靜電力等作用容易團(tuán)聚成大顆粒膠團(tuán)，出現(xiàn)絮凝分層等現(xiàn)象，導(dǎo)致拋光液穩(wěn)定性較差。因此，使用Al2O3作為拋光液磨粒，需要在拋光液中加入各種各樣穩(wěn)定劑和分散劑，使得對(duì)拋光機(jī)理的研究更加復(fù)雜，同時(shí)拋光液的成本也隨之增大。

02混合磨粒拋光液
由于單一磨粒各方面性能的局限性，使用單一磨粒拋光液出現(xiàn)了很多難以解決的瓶頸問(wèn)題。因此，很多研究人員轉(zhuǎn)而研究混合磨粒拋光液和復(fù)合磨粒拋光液，致力于解決化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中加工效率和加工質(zhì)量的平衡問(wèn)題。

如將Sio2 (VK-SP50F，平均粒徑50nm）和Al2O3(VK-L20OF,平均粒徑220nm)混合磨粒按照合適質(zhì)量比制備拋光液，有效地提高了拋光的效率。也有研究人員將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%和10%的SiOz和CeOz混合作為拋光液磨粒，在相同試驗(yàn)條件下，達(dá)到同等表面質(zhì)量，混合磨粒的效率大約是傳統(tǒng)單一磨粒的8倍?；旌夏チ?duì)于提高拋光效率有很大的促進(jìn)作用，但對(duì)拋光質(zhì)量的影響不是很明顯。

除了選對(duì)拋光磨粒以外，合理的添加pH值調(diào)節(jié)劑、氧化劑以及分散劑等添加劑，使拋光過(guò)程中化學(xué)作用和機(jī)械作用動(dòng)態(tài)一致時(shí)，才有可能獲得高的材料去除率的同時(shí)獲得好的拋光表面質(zhì)量。因此，研究拋光液的組成原則對(duì)于合理配制不同材料的拋光液和優(yōu)化選擇拋光工藝參數(shù)，對(duì)于完善CMP拋光理論具有重要作用。