探索紫外光輔助作用下硅碳棒CMP加工過程
2021-09-27 15:38:08 點(diǎn)擊：
本研究將硅碳棒從化學(xué)作用和機(jī)械作用相平衡的角度出發(fā)，探索紫外光輔助作用下硅碳棒CMP加工過程的最佳加工參數(shù)。創(chuàng)新地利用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)探測小同pH值Hz0:濃度、Fez濃度以及紫外光功率對碳化硅晶片表面氧化層生成速率的影響，高效地確定紫外光輔助作用下硅碳棒CMP的最佳加工條件。試驗(yàn)與方法晶片實(shí)驗(yàn)前后的重量利用精密電子天平(MettlerToledoXS205，精度0.01mg)稱量，計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)后晶片的MRR。原子力顯微鏡(AFM,Rtec)被用來觀察硅碳棒表面形貌及獲取表面粗糙度值。電化學(xué)測試采用CHI600E電化學(xué)工作站，實(shí)驗(yàn)時鉑片為對電極，飽和甘汞為參比電極，硅碳棒晶片為工作電極。通過改變拋光液的pH值、Hz0:和Fez濃度以及紫外光功率，研究晶片在小同環(huán)境下動電位極化曲線變化情況，了解硅碳棒基體表面氧化層形成速率，判斷化學(xué)作用強(qiáng)度。pH值對動電位極化曲線的影響趨勢根據(jù)前期研究結(jié)果，試驗(yàn)設(shè)置HzOz,SiOz,Fez+濃度分別為4wt%,4wt%,0.4mmol/L,紫外光功率為32W。將拋光液pH值分別調(diào)節(jié)至2,3,4,5進(jìn)行靜態(tài)電化學(xué)測試。試驗(yàn)所得動電位極化曲線如圖1所示，腐蝕電位及腐蝕電流密度數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)圖1和表1可知，晶片的腐蝕電位隨pH值的增大先升后降，在pH3處取得最大值。相應(yīng)地，腐蝕電流密度呈現(xiàn)的變化趨勢相反，先降低后升高，在pH3處取得最小值。當(dāng)拋光液pH值為2時，溶液呈現(xiàn)強(qiáng)酸性。較高的氫離子濃度抑制了三價鐵離子(Fez)的還原反應(yīng)，減少了Fez含量，進(jìn)一步抑制了催化反應(yīng)的進(jìn)行。這會導(dǎo)致催化反應(yīng)產(chǎn)物輕基自由基("0H)濃度降低，從而減慢了晶片表面氧化速率晶片表面氧化物生成量減少。當(dāng)溶液pH值升為3時，F(xiàn)ez的還原反應(yīng)加快，二價鐵離子(Fez)濃度增加，促進(jìn)了催化反應(yīng)，溶液中的.OH含量小斷上升。此時，晶片表面氧化腐蝕速率加快，硅碳棒基體表面快速生成SixCyOz和SiOxCy等氧化物，氧化層厚度增加。氧化層中含有的Si0:等氧化物在酸性條件下小易水解。當(dāng)晶片表面氧化層厚度小斷增加時，氧化層起到鈍化作用，阻礙了晶片表面被進(jìn)一步氧化。因此當(dāng)腐蝕電位越大，晶片基體表面氧化層積累越厚，腐蝕電流越小。雖然較厚的氧化層阻礙了氧化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，但是由于氧化層相對于基體硬度小了很多，相對更易于在機(jī)械切削作用下被快速去除。當(dāng)機(jī)械去除速率匹配氧化層生成速率，氧化物快速生成的同時被快速去除，硅碳棒基體表面氧化物可以持續(xù)快速生成，從而可以獲得最佳MRR和表面質(zhì)量。隨著溶液pH值的小斷增大，溶液中氫氧根離子(OH-)濃度也隨之升高。OH一含量的增加抑制了Fez被氧化為Fez，并且易與Fez+結(jié)合生成沉淀物Fe(OH)s。鐵離子的消耗小利于芬頓反應(yīng)的進(jìn)行，生成的.OH濃度減少，硅碳棒表面氧化層生成速率下降。zsrider.com
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