單晶硅表面原子級材料去除的初步研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)的高速發(fā)展，對所用襯底材料的表面精度提出了更高的要求，需要晶片表面達到納米級的面形精度和亞納米級的表面粗糙度。目前集成電路(IC)制造中應(yīng)用最為廣泛的是化學(xué)機械平坦化(CMP)技術(shù)，其研究主要涉及原子級材料的去除機理。然而，現(xiàn)有關(guān)納米拋光機理的實驗研究主要在CMP拋光機上進行，目的在于揭示各個工藝參數(shù)對晶圓平坦化質(zhì)量的影響，缺乏單個拋光粒子對被拋光材料去除過程和機理的科學(xué)認識。
　　因此，本論文

2、針對納米拋光中的關(guān)鍵摩擦學(xué)問題，開展了半導(dǎo)體關(guān)鍵材料—單晶硅表面原子級材料去除的現(xiàn)象和機理的初步研究。其結(jié)果不僅可以豐富納米摩擦學(xué)的基礎(chǔ)理論，而且也有助于推動CMP技術(shù)和IC制造的發(fā)展進程。
　　本論文使用原子力顯微鏡(AFM)，采用曲率半徑為1μm的SiO2球形針尖和尖端曲率半徑為0.3μm的金剛石錐形針尖，分別在不同環(huán)境氣氛（干燥空氣和不同濕度潮濕空氣等）和實驗工況（載荷和循環(huán)次數(shù)等）下開展了單晶硅（原始硅—表面覆蓋有自然氧化

3、層;疏水硅—去除自然氧化層）表面的層狀面磨損實驗，研究了單晶硅表面原子級材料去除的規(guī)律，并對其機理進行了初步的探討。
　　本文得到的主要結(jié)論如下:
　　1.原始硅（有自然氧化層）表面的摩擦化學(xué)磨損隨載荷的增加逐漸加劇，其磨損深度隨載荷的變化呈現(xiàn)出臺階狀趨勢。當載荷小于1μN時，原始硅表面無明顯的損傷產(chǎn)生;隨著載荷從1μN增大至3μN，其磨損深度從～1.5 nm增至～2.0nm。（第三章）
　　2.當原始硅表面的自然氧化