拋光液的組成及其作用

(1)拋光劑的作用：將被拋光工件表層凸起處去除，提高工件表面的平整度。例如，對半導體晶片進(jìn)行拋光時(shí)，借助于外力，磨料將晶片表面經(jīng)過(guò)化學(xué)反應生成的鈍物質(zhì)去除，加工出所需的平整性。目前常用拋光劑有二氧化膠體、氧化鋁、氧化鈰和納米金剛石等懸浮拋光劑。

　　隨著(zhù)電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，加工工件的尺寸越來(lái)越大，加工精度越來(lái)高，而且對材料的需求量越來(lái)越大，CMP技術(shù)在國民經(jīng)濟中的作用日益突出。磨料作為 拋光液中的基本消耗品，其需求量是非常之大，因此磨料的選擇要出以下幾個(gè)方面考慮：可行性(拋光效果好)、穩定性、經(jīng)濟實(shí)用等。

　　目前地方上對鋁合金拋光使用的懸浮拋光劑通常為納米氧化鋁液體，納米Al 2 O 3 硬度大，機械作用大，能保證較高的拋光速率，但是納米Al 2 O 3 是在煅燒、研磨、篩選下得到的，在這個(gè)過(guò)程中保持粒徑均一并且達到納米級是非常困難，并且Al 2 O 3 硬度大，很容易對鋁或鋁合金表面形成嚴重劃傷，除此以外Al 2 O 3 粘度大，鋁或鋁合金拋光后表面不易清洗，難以確保平整度。另外，Al 2 O 3 是在拋光液中發(fā)生電離生產(chǎn)偏鋁酸，是納米Al 2 O 3 的機械作用降低。

　　而納米級的二氧化硅溶膠具有硬度 適中，拋光過(guò)程中不會(huì )對鋁合金表面形成劃傷，粘度小、粘著(zhù)性弱等好的點(diǎn)，清洗過(guò)程容易，不會(huì )發(fā)生過(guò)度腐蝕現象，并且提高了鋁合金表面的反應速度。目前國內硅 溶膠的制備技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，主要有酸性硅溶膠、中性硅溶膠、堿性硅溶膠，由于本課題要研究堿性化學(xué)機械拋光液的拋光性能，所以選用了pH值為9.0、 粒徑為15nm,固含量為42%的硅溶膠作為拋光劑。

　　(2)pH值調節劑：拋光液中腐蝕介質(zhì)的作用：首先，作為拋光液pH值調節劑，保證拋光液的穩定性;其次，與被拋光工件發(fā)生化學(xué)反應和腐蝕，在CMP拋光中起化學(xué)作用。pH調節劑有酸性和堿性?xún)煞N。

　　酸性pH值調節劑：我們常用的無(wú)機酸有HCl、HNO 3 等，但這些酸的腐蝕性過(guò)于強烈，對器件會(huì )形成嚴重的腐蝕;另外，這些酸性過(guò)強，在使用中存在危險，除此以外，這些酸對環(huán)境的污染性很大，很難治理。因此，我們在本實(shí)驗中用中強酸和有機酸來(lái)作為酸性PH值調節劑。

　　磷酸和有機酸草酸、檸檬酸這三種酸進(jìn)行對比，而磷酸是無(wú)機中強酸，容易與鋁合金表面的氧化物作用，去除斑點(diǎn)，使鋁合金復原原來(lái)的光澤;檸檬酸是良好的 pH值緩沖劑，可以和金屬發(fā)生絡(luò )合，在機械作用下去除這些絡(luò )合物，使鋁合金表面平坦化;草酸是有機酸中的中強酸，是簡(jiǎn)單的二元酸之一，他具有金屬除銹、 清潔的作用，尤其對鋁合金。

　　堿性pH值調節劑：我們常用的堿為無(wú)機堿，如KOH、NaOH、Mg(OH) 2 等強堿來(lái)調節拋光液的pH值，但是這些堿中的金屬離子會(huì )被帶入拋光液，引起拋光器件局部穿孔漏電，使器件失效 。因此，作為不含金屬離子的有機堿是比較好的選擇。

　　酸性調節劑從有機酸和中強酸中來(lái)選擇，堿性 pH 值調節劑從有機堿中來(lái)選擇。本實(shí)驗選用兩種有機胺進(jìn)行對比。

　　(3)表面活性劑： 改變磨料表面性質(zhì)，使拋光液具有良好的分散性，避免磨料團聚;其次，使拋光后在拋光工件上形成的膜處于物理狀態(tài)，容易拋光后清洗。由于帶電離子的進(jìn)入會(huì )影 響拋光液的性質(zhì)，所以?huà)伖庖褐惺褂玫囊话闶欠请x子型表面活性劑。本文分別選用的表面活性劑有非離子型表面活性劑A、陰離子型表面活性劑B、陽(yáng)離子型表面活 性劑C。

　　(4)氧化劑：能夠在拋光工件表面形成氧化膜，拋光工件凸起部分的氧化膜通過(guò)機械作用被磨削掉，凹處的氧化膜防止進(jìn)一步被腐蝕，利于后續的機械拋光，從而提高拋光效率和表面平整度。

　　拋光液常用的氧化劑有Fe(NO 3 ) 3 、 KIO 3 、 KMnO 4 、K 3 [Fe(CN 6 )]和H 2 O 2 等，但是金屬離子的介入會(huì )對拋光器件性能形成影響，而且會(huì )對拋光液和環(huán)境形成污染，所以本課題選用有機氧化劑，此氧化劑沒(méi)有金屬離子，反應產(chǎn)物清潔，后清潔個(gè)工序簡(jiǎn)單。

　　(5)緩蝕劑：以適當的濃度和形式存在于環(huán)境(介質(zhì))中時(shí)，是一種可以防止或減緩材料腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或復合物質(zhì)，主要作用于溶液。

　　(6)鈍化劑：在被拋光工件表面形成鈍化層，防止被拋光工件過(guò)度腐蝕，主要作用于材料表面。一般鈍化劑和緩蝕劑一起使用效果比較好。

　　(7)消毒劑：防止微物體細小物體的生成，保證拋光液的穩定性。