不同形貌SiO₂/CeO₂复合磨料的制备及其在SiO₂化学机械抛光中的应用

摘要

[目的]针对集成电路Si O₂层级介质化学机械抛光（CMP）中传统磨料去除速率较低和表面品质较差的问题，通过制备不同形貌的Si O₂/CeO₂复合磨料并配制碱性抛光液加以改善。[方法]通过改变戊醇的添加量而制备了不同形貌的皱纹状介孔Si O₂（C-m Si O₂）内核，之后使用化学沉积法将CeO₂包覆在C-mSiO₂内核上，得到C-mSiO₂/CeO₂复合磨料。使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、激光纳米粒度仪、比表面积分析仪、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、紫外可见分光光度计（UV–Vis）等设备对其形貌和化学结构进行分析。以聚丙烯酸（PAA）与烷基糖苷（APG）作为分散剂，配制了pH为10、磨料质量分数为0.5%的抛光液，探究不同形貌的C-m Si O₂/CeO₂复合磨料对Si O₂晶圆CMP的影响。[结果]C-m Si O₂/Ce O₂复合磨料具有良好的形貌和单分散性。当戊醇的含量为0、0.6和1.2 mL时，C-m Si O₂/Ce O₂复合磨料的平均粒径分别为244.1、302.2和291.1 nm且表面褶皱密度递增。以0.6 mL戊醇制备的C-mSiO₂/CeO₂复合磨料的抛光效果最佳，去除速率达到412 nm/min，与传统CeO₂磨料相比提升了47%，并可令表面粗糙度Sq降低至0.045 nm。[结论]C-m Si O₂/CeO₂复合磨料可作为新的替代磨料，为高性能SiO₂抛光液的开发拓展了思路。

关键词

化学机械抛光 / 二氧化铈 / 二氧化硅 / 复合磨料 / 去除速率 / 表面粗糙度