1965年沃爾什和赫爾佐格提出二氧化硅溶膠和凝膠拋光的方法,自此,以二氧化硅漿料為代表的化學機械拋光(CMP)工藝就逐漸取代了機械拋光的主導地位;20世紀80年代中期,IBM公司將化學機械拋光工藝引入集成電路制造工業。如今,CMP是能提供超大規模集成電路(VLSI)制造過程中全面平坦化的一種新技術,也是保證電子級晶圓和最終產品成功的唯一途徑。
CMP拋光材料成本在半導體材料成本中占比約為7%,其中拋光液是占比最高(49%)的核心工藝耗材。CMP拋光液中成份復雜,其中磨粒占拋光液成本的50%-70%。那么拋光液中常見的磨料材料有哪些?
1.硅溶膠(SiO2)
硅溶膠是CMP工藝中應用最廣的磨料,硅溶膠屬于軟性磨料,在拋光面加工過程中不易被劃傷,同時膠體粒徑為納米,具有較大的比表面積,適合用于軟金屬、硅等材料的拋光。
2.氧化鋁(Al2O3)
在CMP中使用的氧化鋁磨料,常選用硬度大、性能穩定、不溶于水、不溶與酸堿的納米α-Al2O3,其對于硬底材料如藍寶石、碳化硅襯底等卻具有優良的去除速率。隨著LED藍寶石襯底、硅晶片的需求日益增長以及碳化硅半導體產業的興起,Al2O3拋光液在CMP中的應用顯得更為重要。
3.氧化鈰(CeO2 )
CeO2具有較為適中的硬度,通常認為拋光材料中CeO2 的含量越高,拋光效率越高。其在光學玻璃、集成電路基板、精密閥門等領域得到大量研究和廣泛應用,且在先進封裝的拋光磨料只能是氧化鈰。
4.金剛石
當金剛石達到納米級時,就能兼具有金剛石和納米顆粒的雙重特性,具有超硬特性、多孔表面、高比表面積以及球形形狀等特點,因此可作為拋光材料使用。目前,納米金剛石拋光液以其優異的性能被廣泛應用在計算機硬盤、計算機磁頭、藍寶石襯底拋光等領域。
5.氧化鋯
納米氧化鋯拋光液軟硬度適中、不劃傷被拋物面;懸浮性好,不易沉淀,使用方便;分散性好、乳液均一,極大提高了拋光效率和精度。主要用于軟材料透鏡、照相機鏡頭、精密光學玻璃以及陶瓷及硅片的精密拋光。