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抛光液的组成及其作用

发表时间:2014-11-29

     抛光液的组成及其作用

  抛光液的主要成分有抛光剂、腐蚀介质和助剂,它们之间的配比及其性能直接影响到被抛光工件的表面质量。本文以铝合金抛光液为案例。

  (1)抛光剂的作用:将被抛光工件表层凸起处去除,提高工件表面的平整度。例如,对半导体晶片进行抛光时,借助于外力,磨料将晶片表面经过化学反应生成的钝物质去除,加工出所需的平整性。目前常用抛光剂有二氧化硅胶体、氧化铝、氧化铈和纳米金刚石等悬浮抛光剂。

  随着电子信息产业的高速发展,加工工件的尺寸越来越大,加工精度越来高,而且对材料的需求量越来越大,CMP技术在国民经济中的作用日益突出。磨料作为 抛光液中的基本消耗品,其需求量是非常之大,因此磨料的选择要出以下几个方面考虑:可行性(抛光效果好)、稳定性、经济实用等。

  目前国际上对铝合金抛光使用的悬浮抛光剂通常为纳米氧化铝液体,纳米Al 2 O 3 硬度大,机械作用大,能保证较高的抛光速率,但是纳米Al 2 O 3 是在煅烧、研磨、筛选下得到的,在这个过程中保持粒径均一并且达到纳米级是非常困难,并且Al 2 O 3 硬度大,很容易对铝或铝合金表面形成严重划伤,除此以外Al 2 O 3 粘度大,铝或铝合金抛光后表面不易清洗,难以确保平整度。另外,Al 2 O 3 是在抛光液中发生电离生产偏铝酸,是纳米Al 2 O 3 的机械作用大大降低。

  而纳米级的二氧化硅溶胶具有硬度 适中,抛光过程中不会对铝合金表面形成划伤,粘度小、粘着性弱等优点,清洗过程容易,不会发生过度腐蚀现象,并且提高了铝合金表面的反应速度。目前国内硅 溶胶的制备技术已经非常的成熟,主要有酸性硅溶胶、中性硅溶胶、碱性硅溶胶,由于本课题要研究碱性化学机械抛光液的抛光性能,所以选用了pH值为9.0、 粒径为15nm,固含量为42%的硅溶胶作为抛光剂。

  (2)pH值调节剂:抛光液中腐蚀介质的作用:首先,作为抛光液pH值调节剂,保证抛光液的稳定性;其次,与被抛光工件发生化学反应和腐蚀,在CMP抛光中起化学作用。pH调节剂有酸性和碱性两种。

  酸性pH值调节剂:我们常用的无机酸有HCl、HNO 3 等,但这些酸的腐蚀性过于强烈,对器件会形成严重的腐蚀;另外,这些酸性过强,在使用中存在危险,除此以外,这些酸对环境的污染性很大,很难治理。因此,我们在本实验中用中强酸和有机酸来作为酸性PH值调节剂。

  磷酸和有机酸草酸、柠檬酸这三种酸进行对比,而磷酸是无机中强酸,容易与铝合金表面的氧化物作用,去除斑点,使铝合金恢复原来的光泽;柠檬酸是良好的 pH值缓冲剂,可以和金属发生络合,在机械作用下去除这些络合物,使铝合金表面平坦化;草酸是有机酸中的中强酸,是最简单的二元酸之一,他具有金属除锈、 清洁的作用,尤其对铝合金。

  碱性pH值调节剂:我们常用的碱为无机碱,如KOH、NaOH、Mg(OH) 2 等强碱来调节抛光液的pH值,但是这些碱中的金属离子会被带入抛光液,引起抛光器件局部穿孔漏电,使器件失效 。因此,作为不含金属离子的有机碱是最好的选择。

  酸性调节剂从有机酸和中强酸中来选择,碱性 pH 值调节剂从有机碱中来选择。本实验选用两种有机胺进行对比。

  (3)表面活性剂: 改变磨料表面性质,使抛光液具有良好的分散性,避免磨料团聚;其次,使抛光后在抛光工件上形成的膜处于物理状态,容易抛光后清洗。由于带电离子的进入会影 响抛光液的性质,所以抛光液中使用的一般是非离子型表面活性剂。本文分别选用的表面活性剂有非离子型表面活性剂A、阴离子型表面活性剂B、阳离子型表面活 性剂C。

  (4)氧化剂:能够在抛光工件表面形成氧化膜,抛光工件凸起部分的氧化膜通过机械作用被磨削掉,凹处的氧化膜防止进一步被腐蚀,利于后续的机械抛光,从而提高抛光效率和表面平整度。

  抛光液常用的氧化剂有Fe(NO 3 ) 3 、 KIO 3 、 KMnO 4 、K 3 [Fe(CN 6 )]和H 2 O 2 等,但是金属离子的介入会对抛光器件性能形成影响,而且会对抛光液和环境形成污染,所以本课题选用有机氧化剂,此氧化剂没有金属离子,反应产物清洁,后清洁个工序简单。

  (5)缓蚀剂:以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时,是一种可以防止或减缓材料腐蚀的化学物质或复合物质,主要作用于溶液。

  (6)钝化剂:在被抛光工件表面形成钝化层,防止被抛光工件过度腐蚀,主要作用于材料表面。一般钝化剂和缓蚀剂一起使用效果比较好。

  (7)防菌剂:防止微生物细菌的生成,保证抛光液的稳定性。文章来源:http://www.p5338.com

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