化學(xué)機(jī)械拋光(ChemicalMechanicalPolishing，簡稱CMP)技術(shù)是目前最好的實(shí)現(xiàn)全局平面化的工藝技術(shù)，加工表面具有納米級(jí)表面精度和亞納米級(jí)表面粗糙度(Ｒa≤0.3nm)，同時(shí)表面和亞表面無損傷，已接近表面加工的極限。CMP技術(shù)已廣泛應(yīng)用在集成電路、計(jì)算機(jī)磁頭、硬磁盤及光學(xué)透鏡等超精密元件表面的加工。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，集成技術(shù)水平不斷提高，器件尺寸不斷縮小，對CMP拋光硅晶片的表面質(zhì)量要求越來越高。晶片表面的顆粒、有機(jī)物、金屬及吸附分子等污染物會(huì)嚴(yán)重影響元器件的性質(zhì)，目前因清洗不佳引起的電子器件失效已超過集成電路制造中損失的一半，CMP后表面清洗質(zhì)量的高低已嚴(yán)重影響到電子元器件的性能、可靠性和穩(wěn)定性。
由于CMP拋光后新鮮表面活性較高，以及CMP拋光液中大量使用納米級(jí)磨料(如納米SiO2，CeO2和Al2O3等)和多種化學(xué)品等因素，工件表面極易吸附納米顆粒、有機(jī)物和無機(jī)物等污染物，導(dǎo)致CMP拋光后元器件表面清洗特別困難。這些污染物很容易引起微結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致低擊穿、軟擊穿、漏電及芯片短路等問題。原子級(jí)表面粗糙度、無微觀缺陷以及超潔凈的表面已成為高技術(shù)電子元器件制造中的共同要求。因此，CMP精密拋光表面的超精密清洗技術(shù)已成為超精加工技術(shù)中急待研究解決的關(guān)鍵難題之一。
CMP拋光元件表面清洗技術(shù)研究現(xiàn)狀
對于CMP后超光滑表面的清洗技術(shù)研究，國內(nèi)外科研人員開發(fā)了多種清洗方法，如浸泡、噴淋、擦洗、超聲波和兆聲波等清洗方法。其中，浸泡和噴淋大多作為中間過程。擦洗是一種傳統(tǒng)的手工接觸式清洗方法，這種方法應(yīng)用廣泛、成本較低，但存在效率低、清潔度差的問題，不適宜自動(dòng)化加工工藝的要求;同時(shí)，手工擦洗時(shí)由于需要依靠擦洗刷與硅片表面直接接觸，常常會(huì)造成新的表面污染(如表面損傷、手印等)。
超聲波清洗作為非接觸表面清洗方法，以其清洗方便、殘留物少、時(shí)間短、效率高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。超聲波清洗的頻率在20～40kHz，其清洗原理主要是利用超聲波的空化效應(yīng)，即存在于液體中的微氣泡(空化核)在聲場的作用下振動(dòng)。當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡會(huì)迅速膨脹，繼而突然閉合，并在閉合時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊波，使附著的污染物脫離表面。但超聲波主要是用來清除表面吸附的較大粒子污染雜質(zhì)(如粒徑1mm以上粒子)，隨著吸附粒子粒徑的減小，清洗效果下降，對于中心粒徑0.2mm以下納米級(jí)污染物，不易清除下來;同時(shí)，該頻率下產(chǎn)生的駐波往往會(huì)對硅晶片產(chǎn)生損傷。為滿足IT行業(yè)發(fā)展需求，近年來兆聲波清洗得到了一定的重視，并獲得了前所未有的清洗效果，目前已在CMP超精加工技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。
兆聲波清洗作用原理
兆聲波清洗是由超聲波清洗發(fā)展而來的，主要原理是采用高頻(0.1～1.0MHz)交流電激勵(lì)壓電陶瓷晶體，使它產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)產(chǎn)生0.8MHz的高能聲波，通過兆聲振板傳遞到清洗液中，清洗液分子在這種聲波的推動(dòng)下作加速運(yùn)動(dòng)，最大瞬時(shí)速度達(dá)到30cm/s。由于頻率太高，聲波在溶液中很難發(fā)生空化效應(yīng)，清洗時(shí)不會(huì)形成超聲波清洗那樣的氣泡，而是利用高頻聲波能量使溶液以加速的液體形式，連續(xù)沖擊硅片表面，使晶片表面吸附的顆粒等污染物離開晶片進(jìn)入溶液中，從而達(dá)到去除硅晶片表面污染物的目的。與超聲波清洗相比，超聲波清洗難以清除小于1μm以下的微粒;兆聲波清洗對表面損傷較小，可以清除0.2μm以下粒子。
CMP拋光后表面清洗質(zhì)量直接關(guān)系到CMP技術(shù)水平高低。目前，兆聲波清洗已成為CMP后超精密清洗的一種有效方法。在兆聲波清洗過程中，清洗設(shè)備、工藝參數(shù)及清洗藥劑的選擇，對超光滑表面的清洗質(zhì)量影響較大。因此，正確掌握和應(yīng)用兆聲波清洗技術(shù)，對CMP超精密拋光加工技術(shù)的發(fā)展起推動(dòng)作用，對電子元器件的生產(chǎn)以及提高電子產(chǎn)品的性能、可靠性與穩(wěn)定性起至關(guān)重要的作用。
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