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蓝宝石CMP原理简析

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点击次数:929 更新时间:2018年01月17日11:37:13 打印此页 关闭

蓝宝石(Al2O3)材料的硬度极高(莫氏硬度达到9级,仅次于金刚石)、透光性和传热性好、化学性质极其稳定(耐酸、碱性腐蚀),具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性,被广泛运用于科学技术、国防和民用工业领域。无论是在光电子领域,还是光通讯领域,对蓝宝石晶片的加工质量有着非常高的要求。

    近年来,为获得超光滑、无晶格缺陷的衬底晶圆表面,化学机械抛光(CMP)是目前唯一被采用能有效地实现全局平坦化的表面精密加工方法,并广泛应用于光电和高功率半导体器件领域。基于晶体学理论,蓝宝石等六方晶体具有一个显著的特点,即对于C(0001)向单晶晶圆,其C轴方向并不是绝对0°,而是有小角度偏差,因而经过化学机械抛光过程后的衬底表面将会表现出规则的原子台面-台阶结构。

    CMP能明显地减少外形的变化,有较好的平坦化效果。一般认为,平坦区域小于10μm 为局部平坦化,大于10μm 为全局平坦化。传统的平坦化区域为微米数量级,CMP技术的平坦化区域为毫米数量级。

    CMP是利用掺有极小研磨颗粒的碱性化学溶液来改变蓝宝石晶片表面的的化学键并加以机械式研磨以获得蓝宝石晶片表面平坦化的一种化学与机械相结合的技术。

    CMP去除的速度与压力和应抛光的表面积、磨料粒子的大小以及抛光液成分及pH 值有关。化学机械抛光设备的基本组成部分是一个转动着的圆盘和一个圆晶片固定装置。两者都作用于晶片并使其旋转。在含磨料颗粒的抛光液的帮助下完成抛光。用一个自动抛光液添加系统就可保证研磨垫湿润程度均匀,适当地送入新的研浆及保持其成分不变。从微观上来看,抛光同时是机械的也是化学的。严格来说,这种抛光的原理目前仍不完全被人们所了解。

    同时利用化学与机械作用而不是只依靠机械磨擦来抛光就避免了对层间电介质表面的机械损伤。化学机械抛光的微观性质与机械磨擦完全不同。由于打破不同的化学键需不同的条件,抛光液对抛光速率有很大的影响。用于二氧化硅抛光的最普通浆料中含有尺寸在10 纳米至90 纳米的硅氧化物小颗粒。一般来说,用含键能较高的氧化物的浆料可以得到较高的抛光速率。

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