半導(dǎo)體研磨液的研究及應(yīng)用

李哲(華爍科技股份有限公司，湖北 武漢 430074)

半導(dǎo)體研磨液的研究及應(yīng)用

李哲(華爍科技股份有限公司，湖北 武漢 430074)

研磨是半導(dǎo)體加工過程中的一項(xiàng)重要工藝，它主要是應(yīng)用化學(xué)研磨液混配磨料的方式精密而高效的對半導(dǎo)體表面進(jìn)行加工，研磨液是影響半導(dǎo)體表面質(zhì)量的重要因素。本文著重對研磨液的機(jī)理、研究開發(fā)現(xiàn)狀、應(yīng)用展望進(jìn)行探討。

晶體研磨液；研磨；防銹；環(huán)保

中國是半導(dǎo)體加工和消費(fèi)大國[1]，研磨是半導(dǎo)體加工過程中的一項(xiàng)重要工藝，它主要是應(yīng)用化學(xué)研磨液混配磨料的方式對半導(dǎo)體表面進(jìn)行精密加工，這種化學(xué)研磨工藝幾乎涉及到半導(dǎo)體制程中的各個環(huán)節(jié)，研磨液是影響半導(dǎo)體表面質(zhì)量的重要因素。本文著重對研磨液的機(jī)理、研究開發(fā)現(xiàn)狀、應(yīng)用進(jìn)行探討，希望能為讀者提供一些有價值的信息和啟示。

1 研磨液作用原理

1.1 研磨液的化學(xué)作用機(jī)理

研磨液通常由表面活性劑、PH調(diào)節(jié)劑、分散劑、螯合劑[2]等組分組成，各組發(fā)揮不同的作用，主要化學(xué)作用機(jī)理是：Si+ OH-+H2O SiO32-+2H2[3]而SiO32極易水解，機(jī)理是：

SiO32-+2H2OH2SiO3+2OH-水解產(chǎn)物H2SiO3能部分聚臺成多硅酸，同時另一部分H2SiO3電離生成SiO32-離子，結(jié)果形成如下結(jié)構(gòu)的一般硅酸膠體，覆蓋在硅片表面上：其化學(xué)式為：{[SiO32]m·n SiO32-·2(n-x)H+｝2x-·2XH+[4]。

1.2 研磨加工機(jī)理

研磨液以上述原理實(shí)現(xiàn)對工件表面的化學(xué)腐蝕，然后在研磨液中高速運(yùn)動的磨料對工件表面的磨削及擠壓等綜合作用下，實(shí)現(xiàn)對工件表面的加工，工作機(jī)理如圖所示，將旋轉(zhuǎn)的被拋光工件壓在與其同方向旋轉(zhuǎn)的彈性拋光墊上，而研磨液在工件與底板之間連續(xù)流動。上下盤高速反向運(yùn)轉(zhuǎn)，工件表面的反應(yīng)產(chǎn)物被不斷地剝離，研磨液補(bǔ)充進(jìn)來，反應(yīng)產(chǎn)物隨研磨液帶走。新裸露的工件平面又發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物再被剝離下來而循環(huán)往復(fù)，在襯底、磨粒和化學(xué)反應(yīng)的聯(lián)合作用下，形成超精表面。

研磨加工機(jī)理

2 研磨液研究開發(fā)現(xiàn)狀

為了滿足研磨的工藝要求，研磨液應(yīng)該具有這五個特性：(1)良好的懸浮性，短時間內(nèi)不能產(chǎn)生沉淀、絮凝、分層等問題；(2)良好的流動性，粘度低，易于操作；（3）優(yōu)異的冷卻性能[5]，防止工件表面燒傷或產(chǎn)生裂紋；(3)稀釋能力強(qiáng)，便于降低成本，方便運(yùn)輸；(4)研磨工藝后，硅片與研磨臺面易清洗，不造成磨盤印；(5)良好的潤滑性，在研磨工藝中降低點(diǎn)劃傷。[6]

達(dá)到以上的五點(diǎn)是很不容易的，目前主流半導(dǎo)體加工廠商還是使用日、美企業(yè)生產(chǎn)的研磨液。近年來國內(nèi)一些企業(yè)、高校和科研院所都對研磨液的研究表現(xiàn)出極大的興趣，如河北工業(yè)大學(xué)研制的研磨液，由潤滑劑、積壓劑、非離子表面活性劑、防霉防腐劑、消泡劑等配制而成，能大幅度提高研磨速率，具有一定的潤滑積壓性、冷卻、清洗、防銹性；陜西省石油化工設(shè)計院生產(chǎn)的WE-1防銹研磨液，防銹性能很強(qiáng)，對部件及研磨機(jī)保護(hù)效果好；華爍科技股份有限公司（前身是湖北省化學(xué)研究院）開發(fā)的EH系列[7]研磨液產(chǎn)品，是通過化學(xué)合成的方式制備，主要成分是聚酰胺類化合物經(jīng)酯化后的產(chǎn)物、潤滑劑、分散劑等全水溶性化合物，呈弱堿性，具有優(yōu)秀的防銹性、潤滑性、懸浮分散性、保濕性，可提高晶片的光潔度，減少晶片的裂痕、崩邊，減小晶片散差，提高加工合格率[8]，可用于研磨各種石英晶片、電子芯片、壓電陶瓷、光盤、微晶玻璃等，使用時可加大量水稀釋，且不含有重金屬鹽類及鹵化物等對人體和環(huán)境有害的物質(zhì)[9]，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

3 結(jié)語

半導(dǎo)體芯片增大而單個晶體管元件縮小及多層集成電路芯片是發(fā)展的必然趨勢，這對研磨拋光技術(shù)提出了更高的要求，在研磨液方面，關(guān)鍵是要不斷的開發(fā)適應(yīng)新要求新工藝的新型研磨液，它既能提供高的研磨速率、好的平整度、高的表面均一性，又利于后續(xù)清洗，使得磨料粒子不會殘留在芯片表面。研磨液拋光技術(shù)已成為最為重要的超精細(xì)表面平面化技術(shù)，它還會在陶瓷、精密閥門、光學(xué)玻璃等表面加工領(lǐng)域不斷得到應(yīng)用和發(fā)展，深入研究和開發(fā)研磨液產(chǎn)品，不僅可以提高國內(nèi)企業(yè)在這些領(lǐng)域內(nèi)的競爭力和話語權(quán)，也會促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高裝備與其他關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化水平，這不僅可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，更對我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

[1]李進(jìn).普華永道：2014年中國半導(dǎo)體消費(fèi)占全球市場達(dá)56.6%[N].和訊網(wǎng)，2015-8-13.

[2]劉玉嶺，檀柏梅，等.硅單晶片研磨液的研究[J].稀有金屬.2001(11):25-6.

[3]劉玉嶺.硅片CMP拋光工藝技術(shù)研究[J].電子工藝技術(shù).2010(9):31-5.

[4]曹麗梅，胡岳華，等.半導(dǎo)體工業(yè)中的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)[J].湖北化工.2000(4):7-3.

[5]張偉.硅片研磨和研磨液作用的分析[J].顯微、測量、微細(xì)加工技術(shù)與設(shè)備.2007(4):206-5.

[6]楊杰，曾旭，等.半導(dǎo)體硅材料研磨液研究進(jìn)展[J].廣東化工.2009(8):36-196.

[7]魏振華，周國英.水溶性防銹晶體研磨液：001147005 [P].2000-07-14.

[8]魏振華，周國英.石英晶體片研磨與清洗的表面物理化學(xué)[J].壓電晶體技術(shù).1999(1):5-7.

[9]周國英，魏振華.壓電石英晶體加工過程中的化學(xué)問題[J].壓電晶體技術(shù).1998(1):38-2

李哲（1985-），男，漢族，湖北荊門人，工程師，碩士研究生，主要從事電子化學(xué)品方面的研究。