Micro LED基板Ti阻挡层化学机械平坦化研究

作     者：谢顺帆 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何彦刚

授予年度：2022年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：Micro LED 钛阻挡层 化学机械抛光 碟形坑 烟酸 

摘      要：作为元宇宙入口的增强现实/虚拟现实(AR/VR)近眼显示设备。微显示器(Micro LED)有着高对比度、低功耗及长寿命等优越的性能,但因其制造过程对晶圆表面平坦化的要求非常高,所以目前的产业化程度仍较低。Micro LED芯片基板的化学机械平坦化(CMP)是其技术推进、产业化程度提升的重要限制环节。因此,深入展开以钛(Ti)作为阻挡层的Micro LED基板CMP及其机理研究,对推进其技术发展具有重要意义。Micro LED基板CMP后晶圆键合的效果取决于晶圆表面的平坦化,而碟形坑(dishing)大小严重影响键合效果。因此,亟需开展Micro LED铜膜CMP后的低碟形坑与阻挡层CMP后的碟形坑强修正能力的研究。针对上述关键技术问题,本文研究成果如下。(1)系统研究了Micro LED芯片基板铜膜的化学机械抛光。通过优化抛光液组分及CMP工艺,发现铜膜的CMP去除机理是以氧化和络合的化学作用占据主导地位,尤其是甘氨酸结构中的羧基(-COOH)和氨基(-NH)形成的螯合结构可以快速络合Cu,而磨料浓度等机械作用并不是影响其去除速率的关键因素。(2)创新性地将绿色环保型缓蚀剂烟酸(NA,Nicotinic acid)用于铜膜的化学机械抛光中,发现其对低碟形坑的控制起到关键作用。电化学实验以及接触角分析发现,烟酸可以有效地保护低凹处的铜,有效控制CMP过抛过程中的铜损失,进而降低碟形坑深度。同时机理分析发现,烟酸分子结构中的吡啶环结构在酸性条件下可以快速吸附在钛的表面,形成的配合物有效降低Cu/Ti之间的腐蚀电位差,并使得铜膜精抛光时产生的碟形坑得到有效控制。(3)发现Ti阻挡层CMP过程中,新型缓蚀剂TT-LYK对铜的缓蚀以及对钛的微络合,可有效抑制Cu/Ti之间的电偶腐蚀。(4)系统研究了Ti阻挡层CMP过程中抛光液各组分,尤其是缓蚀剂对Cu/Ti/TEOS三种材料的去除速率及去除速率选择比的影响。镀膜片及图形片的CMP测试结果均表明,在此抛光液体系中Cu/Ti电偶腐蚀得到有效抑制,同时得到了较好的速率选择比(Cu/Ti/TEOS速率选择比为1:1.9:1.7),碟形坑也得到了很好的控制(碟形坑最大为20 nm)。