纳米SiO_2浆料中半导体硅片的化学机械抛光速率及抛光机理

摘要

采用电化学方法,研究了SiO2浆料pH值、H2O2浓度、固体含量以及抛光转速、压力和时间等不同抛光工艺参数对n型半导体单晶硅片(100)和(111)晶面化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)去除速率的影响和作用机理。结果表明:抛光速率随SiO2固体含量、抛光转速及压力的增加而增大,随抛光时间的增加而减小;在pH值为10.5和H2O2为1%(体积分数)时,抛光速率出现最大值;相同抛光工艺条件下(100)晶面的抛光速率远大于(111)晶面。半导体硅片CMP过程是按照成膜(化学腐蚀作用)→去膜(机械磨削作用)→再成膜→再去膜的方式进行,直到最终全局平坦化。实验所获得适合n型半导体硅片CMP的优化工艺参数为:5%～10%SiO2(质量分数),pH=10.5,1%H2O2,压力为40kPa及(110)晶面和(111)晶面的抛光转速分别为100r/min和200r/min;在该条件下10%SiO2浆料中抛光30min得到的抛光硅片的表面粗糙度为0.7nm左右。