ZnO光電功能薄膜材料的CMP研究.pdf

1、Ⅱ-VI族半導(dǎo)體材料ZnO以其優(yōu)異的性能在深紫外光電子、藍(lán)光發(fā)光器件、激光器件、壓電轉(zhuǎn)換器和傳感器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,但常用的生長方法沉積的ZnO薄膜表面粗糙,某種程度上影響了上述器件的性能及進(jìn)一步應(yīng)用。如何通過IC兼容工藝技術(shù)獲得高平坦面成為當(dāng)前ZnO基器件的障礙之一。眾所周知,化學(xué)機(jī)械全局平坦化(CMP)是亞微米器件的必須的、唯一的全局平坦化方法,近年來ZnO-CMP的工作開始引起關(guān)注。韓國Gupta課題組基于光電器件率先開展了Zn

2、O-CMP研究,并獲得了低粗糙度表面(約為6A),但是去除速率僅為67nm/min,無法滿足半導(dǎo)體器件制作的效率需求。如何提高去除速率并同時(shí)獲得高平坦化表面成為當(dāng)前的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。
　　 本論文以膠體二氧化硅為研磨料,使用6EC-nspire(Strasbaugh,Inc)拋光機(jī)臺拋光4inch硅基氧化鋅薄膜,優(yōu)化了拋光液及工藝參數(shù)。通過臺階測試儀(Dektak150 of VeecoInstruments,Inc)和原子力

3、顯微鏡(5600LS of Agilent Technologies,Inc)表征拋光前后薄膜厚度與表面形貌。研究結(jié)果如下:
　　 首先,優(yōu)化了氧化鋅薄膜拋光液的配制:
　　 (1)拋光液為酸性時(shí)去除速率明顯比堿性時(shí)大,表面粗糙度隨著pH值的增大(4→10)先增大后減小,當(dāng)pH值為7時(shí)薄膜表面觀察到了劃痕而且表面粗糙度達(dá)到最大值6.3A。
　　 (2)拋光速率隨著磨料濃度增大而增大,在磨料濃度為12wt％時(shí)拋光速

4、率達(dá)到最大值11.5.5nm/min；濃度為4wt％時(shí)表面粗糙度達(dá)到最小值為5.5 A。磨料粒徑大小對拋光速率的影響也有同樣的規(guī)律。
　　 其次,優(yōu)化了氧化鋅薄膜化學(xué)機(jī)械平坦化工藝參數(shù):
　　 (1)拋光速率隨著勵(lì)(P)的增大而增大,表面粗糙度不斷減小,下壓力為5psi時(shí),拋光速率和表面粗糙度分別為165.1nm/min和1.9 A。
　　 (2)拋光速率隨著拋光盤轉(zhuǎn)速(V)增大而增大,轉(zhuǎn)速為80rpm時(shí),拋光速

5、率和表面粗糙度分別為126.9nm/min和4.5 A。
　　 (3)拋光速率隨著拋光液流量增大而增大,拋光液流量為400ml/min時(shí),拋光速率和表面粗糙度為128.0nm/min和7.4 A。
　　 最后,分別從機(jī)械和化學(xué)兩個(gè)方面分析了拋光機(jī)理,完善泊松方程為:RR=KPV+R0,其中R0代表純化學(xué)反應(yīng)(化學(xué)刻蝕)所導(dǎo)致的拋光速率,通過驗(yàn)證試驗(yàn)得出R0=4.69nm/min。
　　 總之,本文優(yōu)化了氧化鋅薄膜