降低抛光液表面张力, 增大抛光液对晶圆表面的润湿性

待抛材料表面质量差, 粗糙度较高, 在显微镜下观察微观表面是凹凸不平的峰谷形貌表面. 抛光液中添加的化学试剂必须在抛光过程中充分接触凹陷表面才能发挥其作用.

因此, 降低抛光液的表面张力, 提高抛光液润湿性, 对抛光液活性和CMP工艺性能提高也可以起到一定作用.

Seo 等制备了具有圆柱形空腔的硅晶片, 并将其浸没在含有临界胶束浓度的十二烷基硫酸钠(SDS, 阴离子表面活性剂)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB, 阳离子表面活性剂) 和十二烷基聚氧乙烯(C12(EO)4,非离子表面活性剂) 的除氧水溶液中. 通过测量其接触角, 计算气液表面张力, 统计填充空腔的时间等表征手段, 得出了表面润湿性从优至劣分别为SDS, C12(EO)4, DTAB, 原理图如图7 所示.

Seo等分析产生这样结果的原因是, 非离子和阳离子表面活性剂的吸附位点基本是相同的, 都容易分布在气液和液固界面上, 但是阳离子表面活性剂DTAB 倾向于吸附在负极SiO2 表面, 因此会阻碍液体的扩散. 而阴离子表面活性剂SDS 受到带负电的SiO2 表面的静电排斥力, 更倾向于分布在气液界面, 因此表现出较优越的亲水性.

由此可以看出, 抛光液润湿性与其所加工的基底所带电荷的正负有极大的关系. 必须根据待抛材料表面电荷种类选用表面活性剂, 才能达到降低抛光液表面张力的目的.

图 7 表面活性剂在液-汽界面和液-固界面的分布示意图 (a) 阳离子表面活性剂; (b) 非离子表面活性剂; (c) 阴离子表面活性剂

Fig. 7. Schematics of how the surfactants are partitioned on the liquid-vapor and liquid-solid interfaces: (a) Cationic surfactants; (b) nonionic surfactants; (c) anionic surfactants