CAJ | 학술논문

报告中国国家重点基础研究发展计划(973计划)项目《高性能电子产品设计制造精微化、数字化新原理和新方法》中有关于原子级光滑表面制造的基础研究中所取得的进展和阶段性成果.包括CMP的若干关键技术的突破,化学机械抛光的机理研究,CMP中纳米粒子行为的计算机模拟和实验研究. 开展原子级光滑表面制造和化学机械抛光开展的实验研究,理论分析和计算机模拟.内容包括固体磨粒材料的选择,磨粒的表面修饰和分散,磨粒大小和含量的优化；抛光液中氧化剂,络合剂,缓释剂和其它化学助剂的作用机理；抛光压力速度等工艺参数的优化,抛光中纳米粒子的行为以及纳米团簇-硅基体碰撞过程的分子动力学模拟,纳米粒子与基体的冲击实验,抛光过程和二相流动中纳米粒子运动的荧光跟踪观察等.研究结果表明,抛光液中的固体磨粒对抛光中的材料去除和高质量表面的形成具有重要的贡献.减小颗粒的粒径一般有利于改善表面质量,但关键是保证粒子的大小均匀,因为大颗粒容易造成表面划痕或缺陷.通过对固体磨粒的含量和大小尺寸的优化,可以获得高质量的抛光表面、同时保证较高的抛光去除速率.除了固体磨粒外,抛光液中还包含氧化剂,络合剂,缓释剂,以及多种化学助剂.氧化剂与抛光工件表面发生化学反应形成软质钝化层,以便通过抛光垫和磨粒的机械作用加以去除,形成“氧化去除-氧化”的材料去除循环.但钝化层的形成阻碍了氧化反应过程的继续发展,络合剂的作用是与氧化反应产物形成流动性较好的络合物,从而增加了钝化层的化学活性,使氧化反应和材料去除得以继续发展,高品质的抛光液的研制取决与对抛光液中各种化学成分的精心调配和长期的潜心试验.我们在计算机磁头,磁盘基片,硅片和集成电路芯片等化学机械抛光研究中取得了重要的技术进展,研制出多种高品质CMP抛光液,成功地实现了原子级光滑表面的抛光,表面粗糙度和波纹度的参数Ra和Wa的测量值达到或优于国际著名商用抛光液的水平.在硅片抛光中,运用复合螫合和创新性制作工艺等关键技术,成功解决了抛光液循环使用过程中pH值不稳定、使用寿命短等难题.通过对SiO2纳米团簇与单晶硅基体碰撞作用的分子动力学模拟研究了抛光中纳米粒子的行为.模拟表明具有一定动能的纳米粒子与基体的碰撞作用可导致基体变形和非晶化相变,并当粒子速度超过临界值Vcr时通过挤推(extrusion)作用形成撞击坑.临界速度与粒子的入射角度、基体的晶格取向等因素有关.在碰撞过程中纳米粒子的动能大部分转化为基体的变形能和热能,提高粒子动能向基体变形的转化比例,有利于提高材料去除效率.纳米粒子与硅基体的冲击实验中也观察到相似的撞击坑,在基体表层和撞击区域内部均观察到了非晶化相变,在一定程度上验证了模拟结果.此外还利用荧光示踪技术观察了CMP加工抛光液以及二相流动中纳米粒子的运动规律. 有关研究纳米粒子行为的研究是初步的,在分子尺度上模拟了一个粒子的碰撞行为.实际的化学机械抛光过程往往涉及大量固体粒子的碰撞、犁削、磨损与刻划等作用是复合作用,纳米粒子的运动被局限在抛光垫与基体之间的狭窄空间内,粒子行为涉及量子尺度的化学-机械作用耦合和协同,原子尺度的切削与碰撞,介观与宏观尺度的磨损和平整化等跨尺度材料去除过程,这些还需要进行更深入的研究. 報告中國國傢重點基礎研究髮展計劃(973計劃)項目《高性能電子產品設計製造精微化、數字化新原理和新方法》中有關于原子級光滑錶麵製造的基礎研究中所取得的進展和階段性成果.包括CMP的若榦關鍵技術的突破,化學機械拋光的機理研究,CMP中納米粒子行為的計算機模擬和實驗研究. 開展原子級光滑錶麵製造和化學機械拋光開展的實驗研究,理論分析和計算機模擬.內容包括固體磨粒材料的選擇,磨粒的錶麵脩飾和分散,磨粒大小和含量的優化；拋光液中氧化劑,絡閤劑,緩釋劑和其它化學助劑的作用機理；拋光壓力速度等工藝參數的優化,拋光中納米粒子的行為以及納米糰簇-硅基體踫撞過程的分子動力學模擬,納米粒子與基體的遲擊實驗,拋光過程和二相流動中納米粒子運動的熒光跟蹤觀察等.研究結果錶明,拋光液中的固體磨粒對拋光中的材料去除和高質量錶麵的形成具有重要的貢獻.減小顆粒的粒徑一般有利于改善錶麵質量,但關鍵是保證粒子的大小均勻,因為大顆粒容易造成錶麵劃痕或缺陷.通過對固體磨粒的含量和大小呎吋的優化,可以穫得高質量的拋光錶麵、同時保證較高的拋光去除速率.除瞭固體磨粒外,拋光液中還包含氧化劑,絡閤劑,緩釋劑,以及多種化學助劑.氧化劑與拋光工件錶麵髮生化學反應形成軟質鈍化層,以便通過拋光墊和磨粒的機械作用加以去除,形成“氧化去除-氧化”的材料去除循環.但鈍化層的形成阻礙瞭氧化反應過程的繼續髮展,絡閤劑的作用是與氧化反應產物形成流動性較好的絡閤物,從而增加瞭鈍化層的化學活性,使氧化反應和材料去除得以繼續髮展,高品質的拋光液的研製取決與對拋光液中各種化學成分的精心調配和長期的潛心試驗.我們在計算機磁頭,磁盤基片,硅片和集成電路芯片等化學機械拋光研究中取得瞭重要的技術進展,研製齣多種高品質CMP拋光液,成功地實現瞭原子級光滑錶麵的拋光,錶麵粗糙度和波紋度的參數Ra和Wa的測量值達到或優于國際著名商用拋光液的水平.在硅片拋光中,運用複閤螫閤和創新性製作工藝等關鍵技術,成功解決瞭拋光液循環使用過程中pH值不穩定、使用壽命短等難題.通過對SiO2納米糰簇與單晶硅基體踫撞作用的分子動力學模擬研究瞭拋光中納米粒子的行為.模擬錶明具有一定動能的納米粒子與基體的踫撞作用可導緻基體變形和非晶化相變,併噹粒子速度超過臨界值Vcr時通過擠推(extrusion)作用形成撞擊坑.臨界速度與粒子的入射角度、基體的晶格取嚮等因素有關.在踫撞過程中納米粒子的動能大部分轉化為基體的變形能和熱能,提高粒子動能嚮基體變形的轉化比例,有利于提高材料去除效率.納米粒子與硅基體的遲擊實驗中也觀察到相似的撞擊坑,在基體錶層和撞擊區域內部均觀察到瞭非晶化相變,在一定程度上驗證瞭模擬結果.此外還利用熒光示蹤技術觀察瞭CMP加工拋光液以及二相流動中納米粒子的運動規律. 有關研究納米粒子行為的研究是初步的,在分子呎度上模擬瞭一箇粒子的踫撞行為.實際的化學機械拋光過程往往涉及大量固體粒子的踫撞、犛削、磨損與刻劃等作用是複閤作用,納米粒子的運動被跼限在拋光墊與基體之間的狹窄空間內,粒子行為涉及量子呎度的化學-機械作用耦閤和協同,原子呎度的切削與踫撞,介觀與宏觀呎度的磨損和平整化等跨呎度材料去除過程,這些還需要進行更深入的研究.
보고중국국가중점기출연구발전계화(973계화)항목《고성능전자산품설계제조정미화、수자화신원리화신방법》중유관우원자급광활표면제조적기출연구중소취득적진전화계단성성과.포괄CMP적약간관건기술적돌파,화학궤계포광적궤리연구,CMP중납미입자행위적계산궤모의화실험연구. 개전원자급광활표면제조화화학궤계포광개전적실험연구,이론분석화계산궤모의.내용포괄고체마립재료적선택,마립적표면수식화분산,마립대소화함량적우화；포광액중양화제,락합제,완석제화기타화학조제적작용궤리；포광압력속도등공예삼수적우화,포광중납미입자적행위이급납미단족-규기체팽당과정적분자동역학모의,납미입자여기체적충격실험,포광과정화이상류동중납미입자운동적형광근종관찰등.연구결과표명,포광액중적고체마립대포광중적재료거제화고질량표면적형성구유중요적공헌.감소과립적립경일반유리우개선표면질량,단관건시보증입자적대소균균,인위대과립용역조성표면화흔혹결함.통과대고체마립적함량화대소척촌적우화,가이획득고질량적포광표면、동시보증교고적포광거제속솔.제료고체마립외,포광액중환포함양화제,락합제,완석제,이급다충화학조제.양화제여포광공건표면발생화학반응형성연질둔화층,이편통과포광점화마립적궤계작용가이거제,형성“양화거제-양화”적재료거제순배.단둔화층적형성조애료양화반응과정적계속발전,락합제적작용시여양화반응산물형성류동성교호적락합물,종이증가료둔화층적화학활성,사양화반응화재료거제득이계속발전,고품질적포광액적연제취결여대포광액중각충화학성분적정심조배화장기적잠심시험.아문재계산궤자두,자반기편,규편화집성전로심편등화학궤계포광연구중취득료중요적기술진전,연제출다충고품질CMP포광액,성공지실현료원자급광활표면적포광,표면조조도화파문도적삼수Ra화Wa적측량치체도혹우우국제저명상용포광액적수평.재규편포광중,운용복합석합화창신성제작공예등관건기술,성공해결료포광액순배사용과정중pH치불은정、사용수명단등난제.통과대SiO2납미단족여단정규기체팽당작용적분자동역학모의연구료포광중납미입자적행위.모의표명구유일정동능적납미입자여기체적팽당작용가도치기체변형화비정화상변,병당입자속도초과림계치Vcr시통과제추(extrusion)작용형성당격갱.림계속도여입자적입사각도、기체적정격취향등인소유관.재팽당과정중납미입자적동능대부분전화위기체적변형능화열능,제고입자동능향기체변형적전화비례,유리우제고재료거제효솔.납미입자여규기체적충격실험중야관찰도상사적당격갱,재기체표층화당격구역내부균관찰도료비정화상변,재일정정도상험증료모의결과.차외환이용형광시종기술관찰료CMP가공포광액이급이상류동중납미입자적운동규률. 유관연구납미입자행위적연구시초보적,재분자척도상모의료일개입자적팽당행위.실제적화학궤계포광과정왕왕섭급대량고체입자적팽당、리삭、마손여각화등작용시복합작용,납미입자적운동피국한재포광점여기체지간적협착공간내,입자행위섭급양자척도적화학-궤계작용우합화협동,원자척도적절삭여팽당,개관여굉관척도적마손화평정화등과척도재료거제과정,저사환수요진행경심입적연구.