文档介绍：------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————蓝宝石 1 4096 料 2007 年增刊( 38 )卷蓝宝石衬底化学机械抛光的机理研究* 牛新环,刘玉岭,檀柏梅,马振国( 河北工业大学信息学院微电子学所,天津 300130) 摘要: 利用磨料为 SiO2 的碱性抛光液对蓝宝石衬底材料进行了化学机械抛光, 并对蓝宝石衬底化学机械抛光(简称 CMP )的机理进行了深入的研究,指出了蓝宝石 CMP 的主要的动力学过程, 并详细分析了影响各动力学过程的诸要素。结果表明, 蓝宝石衬底的 CMP 过程是一个复杂的多相反应过程,是化学作用与机械作用互相加强和促进的过程, 影响它的各要素间既相互促进, 又相互制约。关键词: 化学机械抛光;蓝宝石衬底;机理;去除速率;动力学过程中图分类号: 文献标识码:A 文章编号: 1001-9731(2007) 增刊-4096-04 1引言蓝宝石( Sapphire ), 又称白宝石, 分子式为 Al2O3 , 透明, 与天然宝石具有相同的光学特性和力学性能, 有着很好的热特性, 极好的------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————电气特性和介电特性, 并且防化学腐蚀, 对红外线透过率高, 有很好的耐磨性, 硬度仅次于金刚石达莫氏 9级, 在高温下仍具有较好的稳定性,熔点为 2030 ℃,所以被广泛应用于工业、医疗、国防、航空航天、科研等领域, 越来越多地用作固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、精密耐磨轴承等高新技术领域中零件的制造材料[1~3] 。蓝宝石作为衬底材料, 具有高温下( 1000 ℃) 化学稳定性。尽管它与 GaN 之间存在 16% 的晶格失配,随着生产技术的不断改进,目前已能在蓝宝石上外延出高质量的 GaN 材料,并已研制出 GaN 其蓝色发光二极管及激光二极管。蓝宝石衬底是目前最为普遍的一种衬底材料, 作为衬底材料, 对晶体表面质量提出了更高的要求。研究表明, 器件的表面质量很大程度上依赖于衬底材料的表面加工。 2003 年6 月我国国家半导体照明工程正式启动, 科技部投资 8000 万启动资金, 以 2008 年北京奥运会和 2010 年上海世博会为契机, 推动半导体照明的应用。在将来 5~ 10 年半导体照明将成为下一代照明的主流产品。随着光电技术的飞速发展, 光电产品对蓝宝石衬底材料需求量的日益增加及表面质量要求的日益提高,使得蓝宝石 CMP 的机理及技术的研究尤为重要[4~6] . 但是, 由于蓝宝石硬度高且脆性大, 机械加工困难。蓝宝石元件在航天、军事和医疗等方面具有十分重要的用途, 因此蓝宝石晶片加工技术在西方国家都极为保密。目前蓝宝石衬底主要的抛光方法有机械研磨抛光、化学辅助机械抛光及化学抛光等[7] 。但每种方法都有一------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————定的缺点, 都是局部平面化技术。要想实现全局平面化, 必须有新的技术来支撑。化学机械抛光技术就是在此基础上应运而生的全局平面化新技术。尽管 CMP 技术发展的速度很快,但它们需要解决的理论及技术问题还很多。尤其 CMP 机理还很不成熟。针对以上问题, 本工作对蓝宝石的 CMP 机理进行了深入的研究, 并对影响蓝宝石衬底 CMP 的动力学过程的诸要素进行了分析。 2实验采用高纯氩气氛下直拉法生长的直径为 50mm 的蓝宝石单晶,晶向[0001] 。晶体经滚磨后, 在其等径处垂直于生长方向切取 厚的样片。样片经研磨后进行化学机械抛光。选用碱性抛光液, pH 值为9~ 12 ,磨料为可溶性 SiO2 胶体,粒径 20~ 30nm 。实验在 C6382I-W/YJ 单面抛光机上进行。压力为 ~ , 转速为 30~ 60r/min ,流量为 100 ~ 200ml/min, 温度为 25~ 50℃。 3 动力学过程分析化学机械抛光( chemical mechanical polishing ,简称 CMP