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序号：12430225

常 州 大 学 毕业设计（论文）开题报告 （2012届）

学 生 赵鑫 学 号12430225 学 院 材料科学与工程学院 专业班级 金材122班 题 目介孔氧化硅磨料对铜层的抛光特性 类 别毕业设计□ 毕业论文 ? 校内指导教师 陈杨专业技术职务 副教授

校外指导老师 （宋体 四号 粗体）专业技术职务 （宋体 四号 粗体）

材 料 目 录

序号 名 称 1 毕业设计（论文）任务书 2 文献综述（设计类）或开题报告（论文类） 3 外文翻译（封面、译文、原文）

数量 备注 1 1 1 二○一六年三月

学号：12430225

题目：介孔氧化硅磨料对铜层的抛光特性 一、前言 1．课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势 国内外研究现状 国内外在CMP上应用最广泛的的磨料是SiO2磨料、CeO2磨料、Al2O3 磨料。这些传统的无机磨料在化学机械抛光中有各自的优缺点，许多学者对他们进行了大量的研究。根据抛光磨料的化学组分可将其分为三类：传统的无机磨料（二氧化硅、二氧化铈、三氧化铝、二氧化钛、氧化锆等）单一磨料；将不同种类、性质的磨料按一定比例制备成的混合磨料；具有两种或者两种以上的不同物质组成的复合磨料[11]。复合磨料大致可分为三类：表面接枝改性、晶格掺杂、核壳包覆。具有核壳结构的复合磨料根据核与壳材料的不同分为：无机/无机、无机/有机和有机/无机复合磨料[12]。随着抛光浆料的深入研究，纳米级颗粒的微观表面修饰得到进一步发展，具有核壳结构的复合磨料受到诸多学者的研究。传统的无机磨料具有它自身的优缺点，比如宋晓岚等[13]制备的SiO2抛光浆料的分散性好，机械磨损性能优良，后清洗处理比较容易；其硬度较大容易使被抛工件表面不平整，并且抛光浆料容易产生团聚。胡建东等[14]将六水合碳酸铈在1000℃煅烧120min，冷却得到氧化铈，实验证明其抛光速率高，材料去除率高，颗粒硬度小，但是实验合成的CeO2颗粒表面粗糙、形状不规则容易造成被抛工件表面划痕长且深。 多孔材料是一种新型纳米材料，根据IUPAC的定义，介孔材料是指孔径在2-50nm的多孔材料。由于其结构的特殊性，决定了其具有许多与传统材料不同的物理性质和化学性质。这些特性主要归结为：（1）表面与界面效应;（2）尺寸效应；（3）量子尺寸效应；（4）宏观量子隧道效应。自从1992年Mobil公司的科学家们首次运用纳米结构自组装技术合成出具有均匀孔道和孔径大小可调的有序多孔SiO2以来，有序多孔材料已经成为最常见的多孔材料，被广泛地应用在吸附、催化、各类载体、离子交换和先进材料等众多领域，成为材料领域中研究的热点之一。M.Grun等[15]在Stober醇盐水解工艺的基础上，引入表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺(C16TMABr)为模板剂，成功地制得了平均粒径为600nm，孔径为3.14nm，比表面积达1100m2/g，比孔体积达0.78ml/g的MCM-41型SiO2微球。HRTEM观察表明，所得SiO2微球中心孔呈六方密堆分布，由中心向外延伸，这种规律性消失。雷红等[16]水热合成工艺的基础上，引入十二烷基硫酸钠作为模板剂，成功地制得了平均粒径为203nm，孔径为8nm的介孔氧化铝磨料，对硬盘基片进行抛光，与传统 氧化铝磨料相比，其具有硬度低，良好的吸附性，以及更好的表面抛光性能。 近年来，对多孔二氧化硅的研究已取得了长足的进步，但也存在许多需要探索的分支。纳米多孔氧化硅微球材料时一种新形态的多孔材料，它兼具纳米粉体和多孔材料的特性，具有巨大的应用空间[17]。在化学机械抛光方面，将多孔磨料与芯片表面接触过程中可能会产生一定的弹性变形，这对于抛光质量的改善具有重要影响。预期在化学机械抛光过程中，多孔磨料可以借助自身的介孔结构，改善其力学性能，更加温和地将抛光压力传递给抛光表面，这将有利于减少划痕和亚表层损伤，实现无损伤抛光的目标，并保证足够的材料去除率[18]。纳米多孔微球具有纳米球形颗粒，较大的比表面积，以及掺杂改性后所具有的化学活性等特性，这些特性与传统磨料相比，具有明显优势。 课题研究意义 目前关于多孔磨料的研究仍处在制备和抛光性能的评价等阶段，对于多孔磨料的制备及自身的力学性能、机理，特别是以实心为核，多孔为壳的复合磨料的CMP材料模型机理均尚未明确，需要通过大量细致的工作深入研究。 本课题针对下一代超大规模集成电路制造对CMP技术的要求，从多孔颗粒的制备入手，设计并可控合成具有均匀包覆非刚性多孔/实心核壳结构的复合微球，通过控制不同形貌结构的内核结构，孔径以及壳层厚度，制备出不同形貌的复合微球，试图通过研究不同粒径、形貌的内核及多孔壳层厚度、结构而产生不同大小的弹性形变，实现对多孔复合微球微观结构的调控，进而对复合微球的弹性模量和表面显微硬度等力学特性进行控制，从而为揭示多孔磨料的机理打下基础。通过建立AFM针尖与微球样品表面之间的接触模型，将AFM力曲线转化为典型卸载过程中的载荷-位移曲线，根据得到的载荷-位移曲线的卸载部分进行拟合，通过赫兹理论定量地计算出材料的等效弹性模量。在原子力显微镜接触模式下的横向力扫描测定复合微球与抛光表面之间的粘附力，考察多孔微球的内核粒径、形貌和/多孔壳厚度/孔结构对弹性模量的影响规律力 发展趋势 CMP技术所采用的设备及消耗品包括：抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等[3-5]，其中抛光液和抛光垫为消耗品．一个完整的CMP工艺主要由抛光、后清洗和计量测量等部分组成，抛光机、抛光液和抛光垫是CMP工艺的3大关键要素，目前均依赖进口，其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面平整水平。 抛光液是CMP的关键要素之一，抛光液的性能直接影响抛光后表面的质量。抛光液一般由超细固体粒子研磨剂(如纳米SiO2、A12O3粒子等)、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成，固体粒子提供研磨作用，化学氧化剂提供腐蚀溶解作用[6-8]。抛光液的化学成分及浓度、磨粒的种类、大小、形状及浓度、抛光液的粘度、pH值、流速、流动途径对去除速度都有影响。 磨料作为抛光介质在CMP过程中发挥及其重要的作用。磨料的形貌、粒径和粒度