化學機械拋光在光晶體加工中的應用

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      物質以晶體狀態存在時會表現出其它狀態所沒 優異物理性能,因而是人類研究固態物質結構和性 草; 晶體能夠實現電、磁 光、聲和力等的 作用和轉換,因此,在電子器件、半導體、固體激光 各種光學儀器等工業中,晶體是不可或缺的重要材 此外,晶體與電子、激光、紅外及新能源開發等新 術密切相 ,因此, 晶體材料對現代科學技術的發展 到了重要的推動作用 ]。

        隨著 現代短波 、電子學、強光光 以及薄膜科 等學科的發展,各種電子、光學元件的性能不斷提 而存在的任何微小缺陷都會導致晶體材料 1 表面性能的破壞,最終導致結晶構造的變化,從而影響 件的 作精 、穩定性和可靠性 ]。 為了提高光 元件的性能,光學晶體如藍寶石晶體、鋁酸鈕晶體、 棚酸鏗晶體、麗特鋪晶體、 鏡晶體、碳 硅晶體和 錦化錮晶體等表面必須達到超光滑表面的標準 超光 滑表面是指 件表面均方根表面粗糙度小于 nm o 超光滑表面要 面元任何破損和劃痕、亞表層元破 壞、無表層應力 于晶體而 ,還要求晶體兩端面嚴 格平行且元晶向誤 因此,要滿足現代元件苛刻 的精度和表面質量要求 ,超精密加工技術研究及其設 備的研發迫在 24 金剛石與磨料磨 工程 總第

 87 1 化學機械拋光 物理作用和化學作用復合的加工方法已經成為超 精密加工技術的重要發展方向,如化學機械拋光 ( Chemical-mechanical polishing, CMP )技術 )。 CMP 能夠實現全局或局部平坦化,是集成電路制造中的關 鍵技術之一 ,具有加工方法簡單 加工成本低等優 ,近年來對晶體進行化學機械拋光的研究得 到很大的發展 是化 機械拋光裝置示 )。 CMP 程中,旋轉的晶片以 定的壓力作用在旋轉的拋光墊 上,含有亞微米或納米級磨料的拋光液在工件與拋光 墊之間流動 旋轉時,離心力的存在促進了拋光液的 流動,拋光液均勻分布在拋光墊上,并在工件和拋光墊 之間形成 層液體薄膜 薄膜中的化學成分與晶片 面發生反應,將硬度較高的晶片軟化,通過磨料的 擦、切削作用將這層軟化物質從工除,從而達 到晶體表面平坦化的目的 化學機 拋光裝置示意圖 拋光過程中,拋光液的 成,拋光液 pH 值、拋光 壓力 溫度、拋光液流 、轉速和拋光墊規格 會影 響拋光質 ]。 通常,磨料的硬度及粒徑的大小決定 了拋光的效率,硬度越大,拋光去除 則越 ,但缺陷 密度和表面粗糙度隨之較 10 )。 機械拋光結束 后,工件表面殘留的磨料、有機物、 屬離子等污染物 會對器件造成致命影響 II 武彩 利用金剛石 膜電化學法合成過氧化物,并配合表面活性劑作為清 洗劑,利用超聲進行清洗,有效去除了化 機械拋光后 硅片表面的有機物殘留,獲得了較清潔的硅片表面

2 幾種典型晶體的 CMP 研究現狀 2. 1 藍寶石 石晶體具有優良的光學性能、機械性能及較 高的化 穩定性,如透光率高、硬度大 熱傳導性好及 較強的耐磨、耐腐蝕性,并且可在約 000 ℃的高溫條 件下使用,因此被應用于衛星空間技術 紅外 裝置 和高強度激光的 口材料 于其獨特的晶格結構、 優異的力 性能和良好的熱力 性能,藍寶石 晶體 被廣泛作為 理想的襯底材料, 應用于 導體 GaN Al 發光 LED ),大規模集成電路及超導納 米結構薄膜 )。 近年來對藍 石晶體的 面質吐 不斷提出 的要求,因此降低 面的粗糙 逐漸 成為重要課題 宗思邀 等研究發現在拋光壓力 0. 18 MPa ;It 45 拋光轉速 60 min 條件下, Rod 。 ba600 型拋光布,在保證 面質 的同時 得了較大的 1. 35 m/h 發現在 CMP 中,過大的拋光 液流量并不能提高拋光速 ,這是因 為隨 拋光液 的增大,部分拋光液來不及 加反應而從拋光布與 被拋材料之間流 ]。 為了能夠使拋光液穩定,并改 CMP 拋光 洗效果,讓拋光液和藍 石充分接觸,必須在拋光液中 加入表面活性劑, 面活性劑的加入 能引人 屬離 馬振國 在拋光液中加入 FA 型表 活性劑,先通過 拋過程提 了藍 石拋光速 ,再以 輕拋過 對藍寶石襯底進行化 機械拋光, 最終得 較低的 面粗糙 0. 34 nm 0 Zhu Ho lin [ 發現, 化鋁作為 才, 料與藍寶石 反應,在藍寶石表層生 膜,隨 磨料的機械作用將膜 除,從而達到了 藍寶石晶體 坦化的目的 Niu Xinhuan [ 發現 度、 小粒 化硅 料有利于 率并提高 |町 ;堿性條件下拋光液能夠穩定存 化硅 料粒 15 25 nm ,濃 40 pH 值為 LO. 5 ~ 11. 時用于藍寶石的化 機械拋光, 藍寶石 清洗,最終可以得到較低得 面粗糙度值 0. I nm 2.2 銀酸徨 鋸酸組晶體( LiNb03 ,簡稱 LN 是具有鐵電、 電、電光 熱電、 電和光折變效應等多種優良性能的 功能材料 目前已被 泛應用 光波導 光通訊 調制器 光隔離器 、窄 帶濾波器,被公認為光電 時代 光學硅的 主要候選材料之一[ 0.21 ]。 光電子技術 的不斷發展,利用鋁 惶晶體制作超精密 器件的市 求與日俱增,這就需要妮酸鯉晶體具有 的精 和| 極低的 面粗糙 ,還 要求 LiNb0 元次表面損 目前, SAW 器件大 采用 Y35 向傳輸的

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