缓蚀剂在铜化学机械抛光过程中的作用研究

利用柠檬酸体系抛光液研究了苯并三氮唑(BTA)缓蚀剂对铜化学机械抛光过程和抛光效果的影响,并通过X射线光电子能谱仪、紫外可见吸收光谱仪及表面电位测试和电化学分析等手段分析了抛光液中BTA缓蚀剂在铜化学机械抛光过程中的作用机理.结果表明,当H2O2存在时,抛光液中BTA作为阳极缓蚀剂吸附在抛光表面,提高了阳极铜溶解的平衡电位,并通过缩合反应生成保护膜,减小了抛光后的表面粗糙度,提高了表面质量,同时在一定程度上增加了抛光过程中的摩擦系数.另外,BTA对SiO2抛光磨粒具有一定的吸附作用,进而对抛光效果产生一定的影响,抛光磨粒表面吸附层的存在会减小抛光过程中的摩擦系数.     

磨料对铜化学机械抛光过程的影响研究

利用CP-4型抛光试验机对直径为50.8 mm、表面沉积厚530 nm的铜硅片(表面粗糙度Ra为1.42 nm)进行化学机械抛光(CMP)试验,评价了CMP过程中不同磨料作用下的摩擦系数和材料去除率;利用ZYGO表面形貌分析系统测试含不同磨料抛光液抛光后的硅片表面粗糙度;采用扫描电子显微镜分析CMP后的铜硅片表面损伤形貌.结果表明,磨料的浓度和粒径直接影响CMP过程的摩擦系数:采用5%粒径25 nm硅溶胶为抛光液时的摩擦系数低于超纯水抛光时的摩擦系数;当磨料的添加量和粒度增加时摩擦系数增大.在相同试验条件下,采用10%粒径25 nm硅溶胶抛光材料的去除率为50.7 nm/min;粒径为1μm白刚玉磨料的抛光材料去除率为246.3 nm/min;单纯磨料使铜硅片表面变得粗糙,即用10%粒径25 nm硅溶胶抛光后的表面粗糙度仍大于原始表面(Ra值达3.43 nm);在单纯磨料或超纯水为抛光液抛光下铜硅片表面出现划伤.     

氨基乙酸-H2O2体系抛光液中铜的化学机械抛光研究

在CP-4型CMP试验机上采用5μm厚的铜镀层片研究了氨基乙酸-H2O2体系抛光液中铜的化学机械抛光行为,分别采用Sartorius 1712MP8型电子天平和WYKO MHT-Ⅲ型光干涉表面形貌仪检测抛光去除率和抛光后表面粗糙度,用CHI660A型电化学工作站的动电位极化扫描技术和PHI-5300ESCA型X射线光电子能谱仪分析抛光液中氧化剂和络合剂等化学组分对铜的作用机制.结果表明,由于氧化剂H2O2对铜的氧化作用使得氨基乙酸对铜的络合速率从1.4 nm/min提高到47 nm/min,进而提高了铜的化学机械抛光去除率.当抛光压力≤10.35 kPa时,抛光后铜表面出现腐蚀坑,腐蚀坑面积比率随抛光过程相对运动速度的增大而减小;当抛光压力≥17.25 kPa时,铜表面腐蚀坑消失,在相对运动速度≥1 m/s条件下,表面粗糙度为3-5 nm;当抛光压力〉6.9 kPa,在相对运动速度≤1 m/s条件下,随着相对运动速度增大,机械作用增强,抛光去除率增大;当相对运动速度〉1 m/s时,抛光界面区抛光液润滑效应增强,抛光去除率有所降低,化学机械抛光过程中这一临界相对运动速度为1 m/s.     

钛基片的化学机械抛光技术研究

采用化学机械抛光（CMP）方法对钛基片进行纳米级平坦化处理,通过系列抛光试验优化抛光液组成和抛光工艺条件后,得到AFM-Ra为0.159 nm的纳米级抛光表面和156.5 nm/min的抛光速率。抛光液的电化学分析结果表明：二氧化硅颗粒和乳酸在钛表面有不同程度的吸附缓蚀作用,氨水和F-的络合、扩散作用能破坏缓蚀膜层,两者的中间平衡状态才能得到最佳抛光效果。抛光后钛表层XPS测试结果显示钛表层经过化学氧化形成疏松氧化层后,再通过磨粒和抛光垫的机械作用去除。     

基于分子量级的化学机械抛光界面动力学模型研究

考虑抛光液/芯片的相界面氧化剂浓度和芯片氧化薄膜缺陷对材料去除机理的影响,提出化学机械抛光(CMP)中材料去除机理的量级估算方法,应用化学动力学及传质学等理论估算氧化薄膜的扩散深度量级和生成速率,采用纳米压痕仪模拟单个磨粒在芯片表面的压痕作用,应用线性回归方法分析载荷70 nN下,磨粒压入芯片的深度量级为10-11 m.结合模型估算,证实了CMP材料去除机理为单分子层去除机理.结果表明,减小氧化膜厚度可以提高材料去除率,估算结果与他人试验结果相吻合.为进一步研究CMP单分子层材料去除机理提供了理论依据.     

表面修饰硼酸盐润滑油添加剂的摩擦化学作用机制

采用X射线光电子能谱仪研究了表面修饰硼酸盐润滑油添加剂在钢球表面形成的表面膜的元素组成和化学状态,并考察了摩擦化学反应膜的结构和化学作用机制,结果表明：在不同油润滑条件下,硼酸盐润滑油添加剂均与钢球磨损表面发生了相互作用,并形成主要由吸附膜和摩擦化学反应膜组成的复杂表面膜;摩擦化学反应膜中所含元素的化学状态及其含量的试验负荷有关,且沿反应膜深度方向而变化,即由表及里,Fe与B、N及O等形成的无机化合物的含量逐渐增加,而有机化合物的含量逐渐降低。     

两种杂环有机物的分子结构与其在离子液体中缓蚀、减摩抗磨性能的构效关系研究

本文作者通过电化学和摩擦学测试手段,对比考察了苯并三氮唑(BTA)和糖精(SAC)两种杂环有机物在[HMIM][Cl]离子液体体系中对铜锡合金的缓蚀性能和减摩抗磨性能.然后,利用扫描电子显微镜对铜锡合金表面的腐蚀形貌和磨损形貌进行了分析表征.结果表明:BTA能够吸附在铜锡合金表面形成一层致密的聚合物保护膜,阻止Cl-对金属表面的进攻,降低离子液体的腐蚀作用,有效地抑制Cl-引发的孔蚀现象;同时,BTA还进一步提高了基础油的减摩抗磨效果.在铜锡合金表面,SAC与离子液体存在竞争腐蚀作用,低浓度时,以离子液体中Cl-的孔蚀为主,高浓度时,以均匀腐蚀为主;同时,由于促进腐蚀作用的存在,SAC的引入会延长磨合期,加剧磨损.对[HMIM][Cl]离子液体体系而言,杂环分子BTA是一种兼具优异缓蚀性能和良好减摩抗磨性能的添加剂;杂环分子SAC作为添加剂,则不具有缓蚀和减摩抗磨作用.     

低温沉积Cu膜的晶体结构及摩擦磨损性能的初步研究

采用离子镀技术于45#钢基体表面在低温(164～115 K)和常温(291 K)条件下沉积Cu膜,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究Cu膜的晶体结构及其表面形貌,采用划痕试验法测量Cu膜的临界载荷(Lc),在真空球-盘摩擦磨损试验机上考察其摩擦磨损性能并探讨其磨损机理.结果表明:基体温度对Cu膜的择优取向影响明显,在常温(291 K)下沉积的Cu膜为(200)择优取向,基体温度降至164 K以下所沉积的Cu膜呈现出明显的(111)择优取向;低温沉积Cu膜的表面较为光滑,其Lc值明显高于常温沉积的Cu膜;低温沉积Cu膜的磨损率明显低于常温沉积Cu膜,表现出良好的耐磨性,这主要是由于低温沉积Cu膜具有(111)择优取向和良好的膜-基结合力的缘故.     

几种含铅有机化合物作为润滑油添加剂的摩擦学特性及作用机理研究

在 2 0 0 SN矿物基础油中 ,用原位合成法、复分解法以及微波辅助合成法分别合成了月桂酸铅、油酸铅、环烷酸铅、硬脂酸铅和烷基水杨酸铅 .用四球摩擦磨损试验机 ,在高速低负荷及低速高负荷两组试验条件下评价了其摩擦学性能 .结果表明 :不同结构羧酸铅的油溶性、抗磨减摩性能以及抗极压性能存在较大差异 ,其摩擦学性能与羧基结构密切相关 ,环烷酸铅和烷基水杨酸铅的油溶性最好 ;月桂酸铅的抗磨性能和抗极压性能最好 ,油酸铅的减摩性能最好 .通过对铅盐分子结构及相应钢球磨斑表面进行扫描电子显微镜和 X射线光电子能谱分析 ,发现铅盐对基础油摩擦学性能的改善归因于摩擦过程中有机铅盐在摩擦副表面形成一定强度的吸附膜以及部分吸附膜转化为铅氧化物膜的摩擦化学反应 .铅盐烷基链结构的不同使其在摩擦副表面的吸附量和吸附强度不同 ,从而影响润滑油膜的化学组成和物理性能 ,并进而产生摩擦学性能差异     

氧化铝抛光液对铝合金化学机械抛光性能的研究

化学机械抛光(CMP)已成为金属合金最具潜力的平坦化技术. 为了优化铝合金CMP工艺，研究了磨料粒度、分散剂浓度以及pH调节剂对铝合金CMP性能的影响. 结果表明:随着磨料粒度的增加，材料去除率(MRR)和平均表面粗糙度(R_a)均增加，而表面光泽度(G_s)降低. 分散剂(聚乙二醇，PEG-600)的质量分数达到0.5%时，可以获得最优的表面质量和最佳的光泽度. 浆料中添加适量的柠檬酸作为pH调节剂可同时获得较优的表面质量和较高的抛光效率，柠檬酸对铝合金CMP性能的影响是腐蚀作用和螯合作用的综合效应. 此外，简要讨论了氧化铝抛光液对铝合金的静态刻蚀机理和CMP机理. 氧化铝抛光液的最优配方为Al₂O₃ 3.3 μm、H₂O₂ 4%、PEG-600 0.5%和H₃Cit 1.5%.      

Clarification of the dispersion mechanism of three typical chemical dispersants in lithium-ion battery (LIB) slurry

This paper mainly clarified the dispersion mechanism of three typical chemical dispersants which are polyethylene glycol octylphenyl ether (Triton X-100, T-100), polyethylene pyrrolidone (PVP) and carboxymethyl cellulose (CMC) within lithium-ion battery (LIB) slurry. Initially, the optimum amounts of T-100, PVP and CMC are selected from 0%, 0.5%, 1.5% and 2.5% by evaluating the impedance of LIB slurry in the case of adding each typical chemical dispersant with EIS method. Moreover, the impedance spectrum of three different slurry samples which are PVDF-NMP solution, LiCoO₂ slurry and Carbon Black (CB) slurry with the optimum amount of each dispersant are also investigated. After using SEM and C element distribution images of LIB slurry to verify the correctness of the dispersion mechanism of each dispersant, it is concluded that the dispersion CMC with its optimum amount 1.5% is the best one to promote the formation of conductive paths and CB-coated LiCoO₂ network structure within LIB slurry, which has the considerably potential to improve the performance of LIB.     

氧化硅/氧化铁复合磨粒用于硬盘基片的抛光研究

本文以HNO3、NaOH、Fe(NO3)3和SiO2浆料为原料,采用沉淀法制备了1种SiO2/Fe2O3复合磨粒,通过X射线衍射仪(XRD)、飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构进行表征,结果表明Fe2O3包覆到SiO2的表面,复合粒子具有很好的分散性.用UNIPOL-1502抛光机研究了所制备复合磨粒在镍磷敷镀的硬盘基片中的抛光性能,抛光后硬盘基片的表面粗糙度Ra由抛光前的8.87nm降至3.73nm;抛光后表面形貌的显微镜观测结果表明新制备的复合磨粒表现出较好的抛光性能.     

天然蛇纹石粉体润滑油添加剂的自修复性能及自修复层形成机理研究

采用RFT-III型往复摩擦磨损试验机(盘-块接触方式)考察了油酸表面修饰天然蛇纹石粉体润滑油添加剂对钢-钢摩擦副的自修复性能;采用显微硬度计测定了试块磨损表面硬度,采用扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪分析了试块磨损表面和截面的形貌、组成、典型元素的化学状态,探讨了天然蛇纹石粉体的自修复机理.结果表明:油酸表面修饰天然蛇纹石粉体作为润滑油添加剂可显著减小钢-钢摩擦副的摩擦系数和磨损率.这是由于其可经由摩擦化学作用而在磨损表面生成具有良好减摩抗磨性能的自修复层所致.自修复层由不同粒径的纳米颗粒密堆积而成,主要成份为Fe₂O₃和非晶石墨,并含有少量Fe、有机物碎片、含硅有机化合物、SiO₂等.     

半导体芯片化学机械抛光过程中材料去除机理研究进展

就国内外关于集成电路芯片化学机械抛光(CMP)材料去除机理研究的现状和进展进行了评述，总结了集成电路芯片常用介电材料二氧化硅以及导电互连材料钨、铝及铜的化学机械抛光研究现状和进展，进而分析了化学机械抛光过程中化学作用同机械作用的协同效应，指出关于芯片化学机械抛光的材料去除机理尚存在争议，因此有必要在CMP研究领域引入原子力显微镜和电化学显微镜等先进分析测试设备和相关技术，以便在深入揭示CMP过程中材料去除机理的基础上，为更好地控制CMP过程和提高CMP效率提供科学依据．     

纯铅化学机械抛光中工艺参数对抛光性能的影响

为获得高质量纯铅表面，采用化学机械抛光(CMP)的方法并辅以自制抛光液，研究了胶体二氧化硅抛光颗粒的形状、粒径和浓度、加载压力、抛光头与抛光盘转向和转速、抛光液流量等工艺参数对铅片表面材料去除率和粗糙度的影响. 研究表明:小粒径异形(眉形)胶体二氧化硅抛光颗粒相较于大粒径球形颗粒更有利于铅片抛光，抛光颗粒的粒径和浓度对纯铅抛光性能的影响主要取决于铅片表面与胶体二氧化硅颗粒以及抛光垫表面丝绒的耦合作用关系. 随着加载压力、抛光头与抛光盘转向和转速、抛光液流量的改变，铅片表面和抛光垫之间驻留的层间抛光液的厚度以及状态发生改变，从而直接影响抛光液的流动性、润滑性和分散性，以及影响抛光颗粒和化学试剂与铅片表面的机械化学作用，进而影响抛光质量和材料去除率. 通过对工艺参数影响的研究和对工艺参数的优化，最终获得了表面粗糙度R_a为1.5 nm的较为理想的超光滑纯铅表面，同时材料去除率能够达到适中的380 ?/min.      

Determination of Hydrogen–Water Relative Permeability and Capillary Pressure in Sandstone: Application to Underground Hydrogen Injection in Sedimentary Formations

This paper presents fundamental analysis and micromechanical understanding of dense slurry behavior during settling in narrow smooth and rough slots. Particularly, this study seeks to contribute toward better understanding of dynamics of particle–particle and particle–wall interactions in viscous fluids using simple experiments. The findings of this study are applicable in a wide variety of problems, for example sediment transport, flow and transport of slurry in pipes, and industrial applications. However, the results interpretation focuses on better understanding of proppant flow and transport in narrow fractures. A sequence of experiments image frames captured by video camera is analyzed with particle image velocimetry (GeoPIV). The measurements include vertical velocities and displacement vectors of singular and agglomerated particles and larger area of formed slurry. Results present novel insights into the formation and effects of agglomerates on general slurry settling, and are supplemented with a comparison with previously published theoretical and empirical relationships. This work also emphasizes a role of particle–particle interactions in promoting agglomeration in viscous fluid. Particularly, a thin layer of viscous fluid between approaching particles dissipates particle kinetic energy due to lubrication effect. Lubrication effect is more pronounced when particles are constrained between two narrow walls and interact frequently with each other. Fluid tends to flow around agglomerated particles, and agglomerates remain stable for prolonged time periods gravitationally moving downward. The relative amount and size of agglomerated affects general settling of the slurry. It was found that fluid viscosity due to lubrication effect promotes agglomeration, and therefore, the overall slurry settling relatively increases at higher fluid viscosities. The results of the presented work have impact on various industrial and engineering processes, such as proppant flow and transport in hydraulic fractures, sand production in oil reservoirs, piping failure of dams and scour of foundation bridges.