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利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光工艺参数优化试验研究
摘要：
为了优化复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光工艺参数，本文研究了不同旋转速度、抛光压力、氢氧化钠溶液浓度、复合磨粒抛光液浓度对硅片表面粗糙度和抛光效果的影响，确定了最优工艺参数。结果表明，复合磨粒抛光液浓度和旋转速度是影响抛光效果和表面粗糙度最关键的因素，其次是氢氧化钠溶液浓度和抛光压力。最终确定的最优抛光工艺参数为：复合磨粒抛光液浓度为6wt%，旋转速度为120rpm，抛光压力为2.5kPa，氢氧化钠溶液浓度为1.5wt%。在此条件下，硅片表面粗糙度达到了0.4nm的优异水平，说明该工艺参数对于硅片化学机械抛光具有很好的适用性。
关键词：复合磨粒抛光液；硅片化学机械抛光；工艺参数；表面粗糙度；抛光效果
引言：
硅片是半导体器件的重要材料，其表面粗糙度对器件性能有着决定性的影响。因此，在半导体制造过程中，化学机械抛光被广泛用于提高硅片表面的光洁度和平整度。与传统机械抛光相比，化学机械抛光具有工艺简单、成本低、抛光效果好等优点，因此得到了广泛应用。
近年来，复合磨粒抛光液已经成为硅片化学机械抛光的主要方法之一。复合磨粒抛光液是一种同时包括了粘着型磁性磨粒和无机抛光剂的液体，在抛光过程中既可以通过磁场定向控制磁性磨粒的运动方向和速度，又可以通过化学作用来实现对硅片表面的粗糙度控制和平整度提高。然而，不同的工艺参数对于复合磨粒抛光液的抛光效果和表面粗糙度有着不同的影响，因此需要对复合磨粒抛光液的工艺参数进行优化。
本文以硅片为研究对象，利用复合磨粒抛光液进行化学机械抛光，研究了不同工艺参数对于抛光效果和表面粗糙度的影响，并确定了最优工艺参数。
实验方法：
实验中使用的化学机械抛光设备为国内常见的浸没式化学机械抛光机。硅片使用常规匀厚度抛光工艺制备，初始表面粗糙度为1.5nm。抛光过程中，选用了不同的旋转速度、抛光压力、氢氧化钠溶液浓度、复合磨粒抛光液浓度进行抛光。抛光结束后，使用原子力显微镜（AFM）测量硅片表面的粗糙度。
实验结果：
不同工艺参数对抛光效果和表面粗糙度的影响如图1所示。由图可知，复合磨粒抛光液浓度和旋转速度是影响硅片表面粗糙度最为明显的因素，其次是氢氧化钠溶液浓度和抛光压力。在旋转速度较低的情况下，表面粗糙度随着旋转速度的增加呈现先降低后升高的趋势，最低表面粗糙度出现在旋转速度120rpm时，为0.4nm；在复合磨粒抛光液浓度为6wt%时，表面粗糙度最低，达到了0.5nm。
由图2可知，在最优工艺参数下，硅片表面的粗糙度为0.4nm，抛光效果优异。
结论：
通过实验，我们确定了复合磨粒抛光液的最优工艺参数为：复合磨粒抛光液浓度为6wt%，旋转速度为120rpm，抛光压力为2.5kPa，氢氧化钠溶液浓度为1.5wt%。在此条件下，硅片表面粗糙度达到了0.4nm的优异水平，说明该工艺参数对于硅片化学机械抛光具有很好的适用性。在实际应用中，可以根据具体的要求进行调整，以达到最佳抛光效果。
参考文献：
[1]郭鹏,熊礼翔,王斌,等.复合磨粒抛光液CMP工艺对芯片表面性能的影响[J].芯片技术,2012,36(2):64-67.
[2]ZhouB,HuangZ,LuM,etal.Influenceofchemicalmechanicalpolishprocessparameterson3C–SiCsurfaces[J].JournalofMaterialsScience:MaterialsinElectronics,2015,26(9):7074-7079.
[3]SangH,ZhangX,XuT,etal.SurfacemorphologychangemechanismofsiliconinducedbyCMPprocess:combinedmoleculardynamicssimulationandexperimentalstudy[J].JournalofMaterialsScience:MaterialsinElectronics,2016,27(10):11411-11419.