氧化铝/二氧化硅复合磨料的制备及其CMP性能研究

摘要

化学机械抛光是被广泛地应用于大规模集成电路、光学玻璃、蓝宝石、金刚石等表面的处理技术，是公认的唯一可以提供全局平坦化的技术。磨料是化学机械抛光过程中重要的组成部分，是决定抛光平坦化的重要影响因素，与单一的传统无机磨料相比，包覆型复合磨料具有硬度可调、形貌可控等优点。本文重点研究以较为廉价的、硬度较高的α-Al2O3为核，在其表面包覆硬度较软的SiO2和介孔SiO2形成“内硬外软”的包覆型复合磨料，研究其对K9光学玻璃表面的抛光，研究抛光工艺参数和抛光浆料配方对材料去除速率的影响，探讨材料去除速率变化规律和原因。　　采用非均匀成核法成功地制备出Al2O3/SiO2包覆型复合纳米粉体，通过TEM、XRD、FT-IR等手段对复合粉体进行表征，结果表明，Al2O3与SiO2是以化学键的形式连接的，且SiO2壳为无定形态。当固含量为5wt％，PVP含量为0.6 wt％，球磨分散2h时，Al2O3/SiO2复合浆料悬浮分散性最好，并将其对K9光学玻璃进行，抛光后的划痕明显减少，表面粗糙度为1.875 nm。　　以Al2O3/SiO2包覆型复合纳米粉体为核，通过模板自组装法制备出Al2O3/SiO2/介孔SiO2包覆型复合纳米粉体，并通过TEM、EDS和N2吸附-脱附等手段对其介孔孔道结构、元素组成等进行表征。当抛光工艺参数为29.22 kPa的抛光压力、120r/min的抛光盘转速、60 mL/min的抛光浆料供应率、90 min的抛光时间，抛光浆料配方为7.5 wt％的固含量、0.6 wt％的分散剂含量、pH值为10时，K9光学玻璃的材料去除速率可达137.17 nm/min，表面粗糙度为0.793 nm。

目录

声明

致谢

摘要

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1．1 化学机械抛光概述

1．1．1 化学机械抛光的简介

1．1．2 化学机械抛光的工作原理

1．1．3 化学机械抛光的材料去除机理

1．2 CMP磨料的研究现状与发展趋势

1．2．1 CMP单一磨料

1．2．2 CMP混合磨料

1．2．3 CMP复合磨料

1．3 包覆型复合材料概述

1．3．1 包覆型复合材料的简介

1．3．2 包覆型复合材料的制备方法

1．4 本论文研究的目的、意义及主要内容

1．4．1 研究的目的和意义

1．4．2 研究的主要内容

第二章 实验原理

2．1 纳米氧化铝制备原理

2．1．1 前驱体碱式碳酸铝铵的制备原理

2．1．2 纳米α-氧化铝的制备原理

2．2 Al2O3／SiO2包覆型复合磨料制备原理

2．2．1 氧化铝-柠檬酸悬浮液的制备

2．2．2 二氧化硅包覆层的生成

2．3 Al2O3／SiO2／介孔 SiO2包覆型复合磨料制备原理

2．4 复合磨料的悬浮分散原理

2．4．1 分散方式

2．4．2 分散剂

2．5 K9光学玻璃抛光原理

第三章 实验部分

3．1 实验原料及仪器

3．2 实验方法

3．2．1 纳米氧化铝的制备

3．2．2 复合磨料的制备

3．2．3 复合磨料的悬浮分散稳定性研究实验

3．2．4 复合磨料的化学机械抛光性能研究实验

3．3 表征方法与性能评价

3．3．1 复合磨料的表征

3．3．2 抛光性能的评价

第四章 结果与讨论

4．1 纳米氧化铝的表征

4．1．1 XRD表征

4．1．2 SEM表征

4．2 Al2O3／SiO2包覆型复合磨料的制备

4．2．1 柠檬酸含量对复合磨料包覆效果的影响

4．2．2 硅酸钠浓度对复合磨料包覆效果的影响

4．2．3 反应温度对复合磨料包覆效果的影响

4．2．4 硅酸钠加入量对复合磨料包覆效果的影响

4．2．5 硅酸钠滴加速度对复合磨料包覆效果的影响

4．2．6 Al2O3／SiO2包覆型复合磨料的表征

4．3 Al2O3／SiO2／介孔SiO2包覆型复合磨料的制备

4．3．1 Al2O3／SiO2包覆型复合纳米粉体的加入量对介孔结构的影响

4．3．2 CTAB的加入量对介孔结构的影响

4．3．3 煅烧温度对介孔结构的影响

4．3．4 Al2O3／SiO2／介孔SiO2包覆型复合磨料的表征

4．4 复合磨料的CMP性能研究

4．4．1 Al2O3／SiO2包覆型复合磨料的分散稳定性及其CMP性能研究

4．4．2 Al2O3／SiO2／介孔SiO2包覆型复合磨料材料去除速率的影响因素

4．4．3 不同磨料之间抛光性能的比较

4．4．4 抛光后K9光学玻璃表面形貌分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况