金實(shí)力氧化鋁拋光液 在化學(xué)機(jī)械拋光中的應(yīng)用，總結(jié)了氧化鋁拋光液磨料制備方法。根據(jù)氧化鋁拋光液在應(yīng)用中存在的問題，著重闡述提高氧化鋁拋光液分散性和穩(wěn)定性的方法。在分析氧化鋁拋光液應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出藍(lán)寶石襯底拋光液將來的發(fā)展方向，希望為今后的氧化鋁拋光液研究提供一些思路。

在20世紀(jì)70年代開始，多層金屬化技術(shù)引入到集成電路制造工藝中，使得芯片的立體空間得到了高效利用，提高了器件的集成度。然而這項(xiàng)技術(shù)使得硅片表面不平整加劇，并且由此引發(fā)的一系列問題，嚴(yán)重影響了大規(guī)模集成電路(Large-ScaleIntegration，LSI)的發(fā)展?；瘜W(xué)機(jī)械拋光(ChemicalMechanicalPolishing，CMP)技術(shù)是提供全局平坦化的表面精加工技術(shù)，其中拋光液是CMP技術(shù)中的關(guān)鍵因素。拋光液主要由磨料、溶劑和添加劑組成，其種類、性質(zhì)、粒徑大小、顆粒分散度及穩(wěn)定性等與最終拋光效果緊密相關(guān)。目前市場上使用最為廣泛的幾種磨料是SiO2、CeO2、Al2O3。SiO2拋光液選擇性、分散性好，機(jī)械磨損性能較好，化學(xué)性質(zhì)活潑，并且后清洗過程處理較容易;缺點(diǎn)為在拋光過程中易產(chǎn)生凝膠，對硬底材料拋光速率低。CeO2拋光液的優(yōu)點(diǎn)是拋光速率高，材料去除速率高;缺點(diǎn)是黏度大、易劃傷，且選擇性不好，后續(xù)清洗困難。Al2O3拋光液的缺點(diǎn)在于選擇性低、分散穩(wěn)定性不好、易團(tuán)聚等，但對于硬底材料藍(lán)寶石襯底等卻具有優(yōu)良的去除速率。隨著LED行業(yè)的發(fā)展，藍(lán)寶石襯底的需求日益增長，Al2O3拋光液在CMP中的應(yīng)用顯得更為重要。近年來對氧化鋁拋光液的研究主要集中在納米磨料制備、氧化鋁顆粒表面改性、氧化鋁拋光液混合應(yīng)用等方面。

　　1、金實(shí)力氧化鋁拋光液磨料制備

　　1.1 氧化鋁性質(zhì)

　　氧化鋁具有多種晶型，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有10余種，其中常見的為α、β、γ等。其中α-Al2O3為白色晶體，呈菱形六面體狀，剛玉結(jié)構(gòu)，高溫穩(wěn)定晶型，具有比表面低、結(jié)構(gòu)緊密、活性低等特點(diǎn)，是同質(zhì)異晶體中最為穩(wěn)定的晶型，具有良好的機(jī)電性能。在化學(xué)機(jī)械拋光中使用的氧化鋁磨料，常選用硬度大、性能穩(wěn)定、不溶于水、不溶于酸堿的納米α-Al2O3。

　　1.2 納米氧化鋁顆粒的制備方法

　　α-Al2O3氧化鋁憑借高硬度、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)在化學(xué)機(jī)械拋光方面?zhèn)涫荜P(guān)注。作為化學(xué)機(jī)械拋光磨料，氧化鋁顆粒的大小、形狀、粒度分布都影響拋光效果。近年來對α-Al2O3磨料顆粒的研究主要集中在納米級球形顆粒的制備上。常見制備方法如下。

　　1.2.1 固相法

　　固相法中的硫酸鋁銨熱解法、改良拜爾法、爆炸法等是比較成熟的制備方法。熱解法是在空氣中使硫酸鋁銨熱分解，以獲得性能良好的Al2O3粉末。改良拜爾法則利用硫酸鈉溶液中和、老化得到氫氧化鋁，之后進(jìn)行脫鈉、熱分解，進(jìn)而獲得納米氧化鋁。爆炸法是通過炸藥爆炸、放電爆炸釋放的強(qiáng)能量控制氧化鋁成型的方法。固相法制備超細(xì)粉末的流程簡單，無需溶劑，產(chǎn)率較高，但生成的粉末易產(chǎn)生團(tuán)聚，且粒度不易控制，難以得到分布均勻的小粒徑的高質(zhì)量納米粉體。

　　1.2.2 氣相法

　　氣相法主要有化學(xué)氣相沉淀法，通過加熱等方式改變物質(zhì)形態(tài)，在氣體狀態(tài)下發(fā)生反應(yīng)，之后在冷卻過程中形成顆粒。Kim等以AlCl3/O2氣體為原料在高溫下沉積得到α-Al2O3。氣相法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件可以控制、產(chǎn)物易精制，顆粒分散性好、粒徑小、分布窄，但產(chǎn)出率低，粉末難收集。

　　1.2.3 液相法

　　液相法常見的有水解、噴霧干燥、溶膠凝膠、乳化等幾種方法。

　　(1)水解法。將異丙仲丁醇或異丙醇鋁的醇溶液加入水中水解，通過控制水解產(chǎn)物的縮聚過程控制產(chǎn)生的顆粒大小，經(jīng)過高溫煅燒制得納米氧化鋁。

　　(2)噴霧干燥法。將金屬鹽溶液以霧狀噴入高溫環(huán)境中，蒸發(fā)和金屬熱分解析出固相，直接得到納米氧化鋁。

　　(3)溶膠凝膠法。將金屬醇鹽溶于有機(jī)溶劑中，通過蒸餾使醇鹽水解、聚合形成溶膠，溶膠中加入水分變成凝膠。凝膠在真空狀態(tài)下低溫干燥，得到疏松的干凝膠，之后高溫煅燒得到納米氧化鋁粉末。

　　(4)乳化法。使互不相容的兩種溶液中的一種以液滴形式分散于另一相中形成乳狀液，之后在微小液滴中進(jìn)行反應(yīng)生成氧化物或氫氧化物。液相法的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：可精確控制產(chǎn)物的化學(xué)組成，納米粒子的表面活性高，形狀容易控制分散均勻，生產(chǎn)成本比較低，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

　　1.3 納米氧化鋁在CMP中的應(yīng)用

　　CMP拋光液性能指標(biāo)由拋光效率、拋光時(shí)間、拋光后表面形貌以及拋光液穩(wěn)定性決定。在LED行業(yè)中SiO2磨料拋光液由于磨料硬度較低，拋光速率接近瓶頸。近年來隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、寶石襯底需求量的增大，氧化鋁拋光液憑借較高的拋光速率在藍(lán)寶石拋光液中有很好的應(yīng)用前景。然而氧化鋁拋光液在拋光過程中存在分散穩(wěn)定性差、拋光過程容易出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象使拋光面出現(xiàn)劃痕的問題。有許多研究者對提高氧化鋁拋光液穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。

　　在LED行業(yè)，CMP拋光液中常選用粒徑50∼200nm、粒徑分布均勻的納米α-Al2O3。

　　2、金實(shí)力氧化鋁拋光液穩(wěn)定性

　　2.1 主要影響因素

　　納米氧化鋁顆粒在極性的水溶液中，氧化鋁顆粒由于受靜電力等作用發(fā)生團(tuán)聚，容易出現(xiàn)絮凝分層等現(xiàn)象，破壞拋光液的分散性、穩(wěn)定性。由磨料顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象產(chǎn)生的大顆粒膠團(tuán)，是化學(xué)機(jī)械拋光過程中襯底表面出現(xiàn)劃痕的主要原因。氧化鋁顆粒的粒徑大小及分布、Zeta電位，以及拋光液添加穩(wěn)定劑、分散劑的種類和質(zhì)量對拋光液穩(wěn)定性有較大的影響。

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