1965年沃尔什和赫尔佐格提出二氧化硅溶胶和凝胶抛光的方法,自此,以二氧化硅浆料为代表的化学机械抛光(CMP)工艺就逐渐取代了机械抛光的主导地位;20世纪80年代中期,IBM公司将化学机械抛光工艺引入集成电路制造工业。如今,CMP是能提供超大规模集成电路(VLSI)制造过程中全面平坦化的一种新技术,也是保证电子级晶圆和最终产品成功的唯一途径。
CMP抛光材料成本在半导体材料成本中占比约为7%,其中抛光液是占比最高(49%)的核心工艺耗材。CMP抛光液中成份复杂,其中磨粒占抛光液成本的50%-70%。那么抛光液中常见的磨料材料有哪些?
1.硅溶胶(SiO2)
硅溶胶是CMP工艺中应用最广的磨料,硅溶胶属于软性磨料,在抛光面加工过程中不易被划伤,同时胶体粒径为纳米,具有较大的比表面积,适合用于软金属、硅等材料的抛光。
2.氧化铝(Al2O3)
在CMP中使用的氧化铝磨料,常选用硬度大、性能稳定、不溶于水、不溶与酸碱的纳米α-Al2O3,其对于硬底材料如蓝宝石、碳化硅衬底等却具有优良的去除速率。随着LED蓝宝石衬底、硅晶片的需求日益增长以及碳化硅半导体产业的兴起,Al2O3抛光液在CMP中的应用显得更为重要。
3.氧化铈(CeO2 )
CeO2具有较为适中的硬度,通常认为抛光材料中CeO2 的含量越高,抛光效率越高。其在光学玻璃、集成电路基板、精密阀门等领域得到大量研究和广泛应用,且在先进封装的抛光磨料只能是氧化铈。
4.金刚石
当金刚石达到纳米级时,就能兼具有金刚石和纳米颗粒的双重特性,具有超硬特性、多孔表面、高比表面积以及球形形状等特点,因此可作为抛光材料使用。目前,纳米金刚石抛光液以其优异的性能被广泛应用在计算机硬盘、计算机磁头、蓝宝石衬底抛光等领域。
5.氧化锆
纳米氧化锆抛光液软硬度适中、不划伤被抛物面;悬浮性好,不易沉淀,使用方便;分散性好、乳液均一,极大提高了抛光效率和精度。主要用于软材料透镜、照相机镜头、精密光学玻璃以及陶瓷及硅片的精密抛光。