무산화물 실리콘의 슬라이딩 속도 의존 마찰화학 마모

초록

초정밀 표면 제조 공정을 최적화하려면 산화물이 없는 단결정 실리콘(기본 산화물 층이 없음)의 마찰 화학적 마모 메커니즘에 대한 기본 이해가 필수적입니다. 여기에서 우리는 SiO₂에 대한 무산화물 실리콘의 슬라이딩 속도 의존 나노웨어를 보고합니다. 공기와 탈이온수에 있는 마이크로스피어. 접촉 압력이 너무 낮아 Si 수율을 유도하지 않으면 물 분자의 존재로 마찰 화학적 마모가 발생하고 슬라이딩 속도가 증가함에 따라 마모 부피가 대수적으로 일정하게 감소합니다. TEM 및 Raman 관찰은 계면 결합 브리지의 파열 및 재형성 역학이 슬라이딩 속도의 증가에 따라 무산화물 Si의 마찰 화학적 마모 변화를 초래함을 나타냅니다.

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배경

재료 마모는 표면 손상과 관련된 메커니즘에 따라 기계적 마모 또는 마찰 화학적 마모가 될 수 있습니다[1]. 기계적 마모는 일반적으로 기계적 충격 또는 전단 응력에 의해 유발된 재료의 파괴, 소성 변형 및 점성 흐름에 해당합니다[2,3,4]. 대조적으로, 마찰 화학적 마모는 응력 보조 결합 해리[5] 또는 어떤 경우에는 화학적 부식[6]에 기인합니다. 단결정 실리콘(Si)은 반도체 칩의 주재료 중 하나이며[7, 8], CMP(Chemical Mechanical Polishing)는 Si 반도체 기판의 원자적으로 매끄러운 표면을 제조하는 가장 효과적인 방법입니다. CMP에서 Si 재료 수율 이전에 발생하는 재료 제거는 일반적으로 마찰 화학 반응에 의해 지배됩니다[9, 10].

CMP는 복잡한 마모 공정이며 패드 또는 슬러리의 재료, 하중 또는 속도의 실험 매개변수와 같은 많은 요인에 민감합니다[10]. 마찰 시스템을 단순화하고 CMP에서 마모 메커니즘을 식별하기 위해 단일 SiO₂에 대한 Si의 마찰 화학적 마모에 대한 수많은 연구가 진행되었습니다. CMP 공정을 시뮬레이션하기 위한 마이크로스피어 [11,12,13,14,15,16,17]. 예를 들어, 원자간력현미경(AFM) 실험에서 얻은 결과를 기반으로, 물 분자의 결합과 함께 개별 원자 사이에 형성된 계면 결합 다리가 기계적 에너지를 Si 기판으로 전달한 다음 Si 원자를 유도할 수 있다는 마찰 화학적 마모 메커니즘이 감지됩니다. 제거 [11, 12]. 그러나 이전의 마찰화학 마모 시험에 사용된 Si 샘플은 일반적으로 Si 마모에 상당한 영향을 미치는 고유 산화물 층[13,14,15]을 포함합니다[16]. 산화물 층이 제거된 후에도 Si 표면이 항상 새로운 상태를 유지하는 실제 CMP 공정에 더 가까운 산화물이 없는 Si 기판(산화물 층이 없는)[17]의 마찰 화학적 마모를 조사한 연구는 거의 없습니다.

마찰 화학적 마모 메커니즘에 대한 통찰력을 얻기 위해 습한 공기와 탈이온수(DI water)에서 슬라이딩 속도의 함수로 무산화물 Si의 나노웨어를 조사했습니다. 주요 발견은 마찰 화학적 마모가 감소하고 Si_기판이 파열 및 개질될 가능성이 있는 시스템에서 슬라이딩 속도의 함수로 안정화된다는 것입니다. -O-Si_팁 기계적 응력과 물 분자 사이의 상호 작용 하에서 슬라이딩 인터페이스 사이의 접합 브리지. 슬라이딩 속도에 따른 Si 마모 메커니즘에 대한 기본 이해는 매우 매끄러운 표면 제조의 효율성을 높이는 데 유용할 수 있습니다.

방법

샘플은 p-Si(100) 웨이퍼였으며, 메탄올, 에탄올, 탈이온수에서 초음파 세척 후 2~3분 동안 불산(40% 수용액) 에칭을 통해 표면 산화층이 제거되었습니다. 표면 산화물 층을 제거한 후 500 × 500 nm 영역에서 Si의 RMS(제곱평균제곱근) 거칠기는 0.12 ± 0.02 nm였습니다. Si 표면이 Si-H 그룹에 의해 종결되었음을 감안할 때, 샘플은 상대적으로 소수성으로 거동하고 표면은 82° ± 2°의 정적 물 접촉각을 나타냈다. AFM(SPI3800N, Seiko, Japan)을 사용하여 SiO₂에 마찰된 Si의 슬라이딩 속도 의존 마찰 화학적 마모 미소구체는 습한 공기(RH =60%)와 탈이온수에서 연구되었습니다. SiO₂ 반경 R 팁 캔틸레버(추가 파일 1:지원 정보의 그림 S1)에 1.25μm의 일반 스프링 상수 k 기준 프로브를 사용하여 캔틸레버의 10.5–13.8 N/m로 보정되었습니다(힘 상수 =2.957 N/m). 모든 나노웨어 테스트는 2μN의 부과 하중에서 실온에서 수행되었습니다. 스크래치 진폭은 200nm, 슬라이딩 주기는 100이었습니다. 슬라이딩 속도의 범위는 0.08~50μm/s였습니다.

나노웨어 테스트를 수행한 후 마모 영역의 지형은 날카로운 Si₃에 의해 이미지화되었습니다. N₄ 팁(R =~10 nm) 소프트 캔틸레버 포함(k =~0.1 N/m) 진공(<10⁻³ 토르). 선택한 슬라이딩 속도에서 Si 기판에 형성된 마모 흉터를 고해상도 투과 전자 현미경(TEM, Tecnai G2, FEI, Holland)으로 분석했습니다. 집속 이온 빔 시스템을 사용하여 단면 TEM 샘플을 준비했습니다. Si 기판의 에너지 유도 비결정화의 영향을 최대로 줄이기 위해 샘플 준비 중에 패시베이션 층으로 Si 표면에 Pt 대신 에폭시 폴리머를 증착했습니다. 마이크로 마모 테스트에서 형성된 원래의 Si 표면과 마모 파편의 결합 구조를 라만 분광기(RM2000 Renishaw, UK)를 사용하여 측정하여 슬라이딩 과정에서 발생할 수 있는 마찰 화학 반응을 감지했습니다.

결과 및 토론

수성 환경에서 산화물이 없는 Si의 슬라이딩 속도 의존 나노웨어

다양한 슬라이딩 속도에서 무산화물 Si의 나노웨어는 습한 공기(60% RH)와 탈이온수에서 각각 조사되었습니다. 그림 1a, b는 각각 마모 흉터의 지형 이미지와 해당 단면 프로필을 보여줍니다. 100번의 왕복 슬라이딩 사이클 후에 무산화물 Si 기판에서 재료 제거가 관찰되었으며 높은 슬라이딩 속도에서 약간의 마모가 감지되었습니다(v ) 습한 공기와 탈이온수 모두에서. 그림 1c는 무산화물 Si 기판의 마모 부피를 슬라이딩 속도의 함수로 나타낸 것입니다. 주어진 조건에서 마모량은 먼저 슬라이딩 속도가 증가함에 따라 대수적으로 감소한 다음 안정화되었습니다(~2 × 10⁴ nm³ 습한 공기 및 ~5 × 10⁴ nm³ 물에서) 슬라이딩 속도가 임계값(~8μm/s)을 초과했기 때문입니다.

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AFM 이미지 및 SiO₂에 대해 미끄러진 실리콘 표면의 마모 흉터 단면 프로파일 습한 공기(RH =60%)에서 0.08 ~ 50μm/s 범위의 슬라이딩 속도로 팁(a ) 및 물(b ). 공기 및 탈이온수(c ). 부과 하중은 2μN, 슬라이딩 진폭은 200nm, 슬라이딩 사이클 수는 100입니다.

동일한 하중 조건에서 슬라이딩 속도에 따른 무산화물 Si 마모의 거동은 습한 공기에서 산화된 Si 표면에서 관찰된 것과 유사했지만 탈이온수에서는 관찰되지 않았습니다[16]. Si-H 기로 종결된 산화물이 없는 Si 표면과 비교하여 산화된 Si의 표면은 수소 수용체 및 도너 부분으로 작용하는 실라놀(Si-OH) 기로 부분적으로 덮여 있으며 표면은 물을 흡수할 수 있는 높은 잠재력을 나타냅니다. 분자 [18]. 연구에 따르면 슬라이딩 접촉 영역 사이에 너무 많은 흡수된 물 분자가 있으면 슬라이딩 계면 사이의 간격이 증가하고 Si 기판의 제거가 방지될 수 있습니다[16]. 물 조건에서 산화된 Si의 표면 손상은 완전히 억제되었습니다. 본 연구에서는 탈이온수에서 발생한 표면 산화막을 제거한 후(Fig. 1b), 각 슬라이딩 속도에서 마모 체적은 습한 공기에서보다 물에서 더 크게 나타났다(Fig. 1c). 물 조건에서 Si/SiO₂ 사이에서 발생하는 마찰 화학 반응의 에너지 장벽 쌍은 매우 제한된 수준으로 감소되었습니다[19]. 그런 다음 SiO₂ 사이의 모든 접촉 부하가 매우 작은 팁과 Si 기판은 Si 표면의 재료 제거를 유발할 수 있습니다. 이것은 수중 조건에서 Si 표면에서 여분의 마모 흔적(마모 흉터 외부)이 관찰된 이유일 수 있습니다(그림 1b).

건조 공기에서 산화물이 없는 Si의 슬라이딩 속도 의존 나노웨어

2μN의 부과 하중에서 DMT 모델에 의해 추정된 접촉 압력(<1GPa)은 Si 재료(7GPa)의 항복 응력보다 상당히 낮았습니다[20]. 이 조건에서 Si 마모는 건조한 공기에서 주어진 슬라이딩 속도로 재료 제거 대신 힐록의 형성을 보여줍니다(그림 2a). 그림 2b(삽입)는 언덕의 일반적인 단면 프로필을 보여줍니다. TEM 관찰은 힐록의 성장이 주로 기계적 상호작용으로 인한 Si 결정 구조의 비정질화에 기인한다는 것을 보여주었다[21]. 슬라이딩 속도가 증가함에 따라 계산된 힐록의 부피가 점차 감소하여(그림 2b), 높은 슬라이딩 속도에서 Si가 결정질 상태에서 비정질 상태로 불완전한 변환을 보여줍니다[21]. 그러나 이 메커니즘은 습한 공기 또는 탈이온수에서 슬라이딩 속도에 대한 Si 마모의 의존성을 설명할 수 없습니다. Si 마모는 주로 재료 변형이 아닌 재료 제거로 발생했습니다. 또한, 이러한 결과는 습한 공기 또는 탈이온수(그림 1)에서 재료 제거가 대기 중에 산소가 존재하더라도 Si 표면에 홈이 형성되지 않기 때문에 산화 마모와 달라야 함을 나타냅니다.

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건조한 공기에서 슬라이딩 속도의 함수로 Si 마모. 마모 영역의 지형(a ). 진공에서 100번의 슬라이딩 사이클 후에 형성된 Si 표면의 힐록의 부피(b ). 부과된 하중은 2μN이고 슬라이딩 진폭은 200nm입니다. 삽입 (b에서 )는 언덕의 단면 프로파일 다이어그램을 보여줍니다.

다양한 슬라이딩 속도에서 형성된 마모 영역의 TEM 관찰

나노웨어 메커니즘의 슬라이딩 속도 의존성을 밝히기 위해 우리는 고해상도 TEM을 사용하여 습한 공기에서 형성된 Si 기판의 마모 트랙 단면을 특성화했습니다. 그림 3(삽입)에서 볼 수 있듯이 0.08 및 50μm/s의 슬라이딩 속도에서 각각 ~11 및 ~2.3 nm 깊이의 마모 흉터가 생성되었습니다. 고해상도 TEM 이미지는 마모된 표면 아래의 Si 원자 격자가 슬라이딩 속도가 낮거나(그림 3a) 빠르거나(그림 3b) 비정질화 또는 전위 없이 조직되었음을 보여줍니다. 이러한 결과는 모든 슬라이딩 속도에서 가정된 마찰화학 마모 메커니즘을 뒷받침합니다. -O-Si_팁 슬라이딩 인터페이스 사이에 형성된 접합 브리지, 압축 응력 및 전단 응력 하에서 최외곽 기판 표면에서 Si 원자를 제거합니다. Wen et al. [22] 최근에 Si/SiO2 사이의 이러한 마찰 화학 반응을 입증했습니다. ReaxFF 반력장을 사용한 분자 역학 시뮬레이션을 기반으로 한 수성 환경의 슬라이딩 인터페이스. 마찰 과정에서 마찰열이 다양한 슬라이딩 속도에서 Si 마모의 변화에 미치는 영향은 무시할 수 있었는데, 그 이유는 주어진 조건에서 온도 상승이 매우 낮기 때문입니다[23]. Si 마모 대 슬라이딩 속도의 감소(그림 1 및 3)는 습한 공기(60% RH) 또는 탈이온수에서 마찰 화학 반응 속도가 슬라이딩 속도에 따라 동적으로 변화함을 나타냅니다.

<그림>

0.08의 슬라이딩 속도 값에서 형성된 Si 기판의 마모 흉터의 고해상도 TEM 이미지(a ) 및 50μm/s(b ) 습한 공기에서. 삽입 (a) 깊이가 ~11nm인 마모 흉터 표시 ) 및 2.3nm(b) )

라만 분석을 통한 탈수 및 가수분해 반응 감지

이전 AFM 연구에서는 상대 습도(RH)와 산화 실리콘의 슬라이딩 속도 의존적 마찰 화학적 마모가 RH가 50% 미만일 때 응축수 브리지의 부피와 양의 상관 관계가 있다고 보고했습니다[22]. 그러나 이 이론은 산화물이 없는 Si 기판의 마찰 화학적 마모와 제한된 접촉 영역의 물 분자 수가 일정하게 유지되는 물에서의 미끄럼 속도의 변화를 설명하는 데 사용할 수 없습니다. 이전 연구에서는 화학적 반응이 기계적 응력 하에서만 쉽게 발생하지 않으며 계면 결합 브리지의 형성이 Si 기판에서 발생하는 마찰 화학적 마모에 필요하다는 것을 발견했습니다[13, 15, 24]. 슬라이딩 속도의 함수로서 산화물이 없는 Si 마모의 유사한 변화가 습한 공기와 물에서 관찰되었으며(그림 1), 이는 SiO2에 대한 Si 기판의 마찰 화학적 마모를 나타냅니다. 팁은 Si_기판의 형성에 직접적으로 의존했습니다. -O-Si_팁 물 분자의 결합과 결합. 운동 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 Liu et al. [25]는 인접한 표면에서 두 개의 Si-OH 그룹 사이에 탈수 반응이 발생하여 Si-O-Si 결합 브리지가 형성되고 그 농도는 슬라이딩 속도가 증가함에 따라 대수적으로 감소함을 확인했습니다. 슬라이딩 속도가 증가함에 따라 Si_기판의 기하급수적 감소에 해당하는 접촉 시간 감소 -O-Si_팁 슬라이딩 인터페이스 사이에 결합이 형성되어 Si 기판의 마찰 화학적 마모를 줄입니다. 그러나 탈수 반응은 시간 의존적이어야 합니다. 이 단일 이론은 상대적으로 낮은 슬라이딩 속도에서 마모 체적의 대수적 감소를 맞출 수 있지만 8μm/s를 초과하는 슬라이딩 속도 값에서 Si 마모의 일정한 체적을 설명할 수 없습니다.

물 부식 이론에 기초하여, Si-O-Si 결합 또는 Si-Si 결합은 가수분해 반응 동안 해리되어 Si-OH 기를 형성할 수 있다[26]. 기계적 압력 또는 전단 응력은 결합의 모스 전위를 변형시키고 결합 해리의 에너지 장벽을 낮출 수 있으며 마찰 화학 반응에서 결합 해리가 가속화됩니다[27]. ToF-SIMS 측정은 마모 파편에서 Si-OH 및 Si-H의 피크가 원래 실리콘 표면의 피크보다 훨씬 더 강한 것으로 나타났습니다[28]. 마찰 과정에서 Si-O-Si 결합의 가수분해 반응 발생을 확인하기 위해 SiO₂에 대해 미끄러진 비정질 실리카의 마찰 화학적 마모를 조사했습니다. ~0.7GPa의 접촉 압력에서 팁(총 부하 =2μN). 그림 4에서 볼 수 있듯이 200회와 2000회 슬라이딩 후에 깊이가 각각 ~0.5 및 ~1.2nm인 홈이 생성되었습니다. 접촉 압력은 비정질 실리카(8.4GPa)의 항복 응력보다 훨씬 작기 때문에[20] 습한 공기에서 형성된 실리카의 약간의 마모는 마찰 과정에서 Si-O-Si 결합의 가수분해 반응의 발생을 확인했습니다. 피> <그림>

AFM 이미지와 200번의 슬라이딩 후 형성된 비정질 실리카 표면의 마모 흉터 단면 프로파일(a ) 및 2000 주기(b ). 상대 습도(RH)는 60%, 부과된 하중은 2μN, 슬라이딩 진폭은 200nm, 슬라이딩 속도는 0.8μm/s였습니다.

본 연구에서 설명한 마찰화학 메커니즘은 미끄럼 속도 하에서 계면 원자 사이의 화학 반응에 탈수 반응과 가수분해 반응이 모두 존재한다고 합리적으로 결론을 내릴 수 있다. 따라서 우리는 슬라이딩 속도의 함수로서 Si 기판의 응력 유발 화학적 마모의 관찰된 변화가 Si_기판 도메인의 파열 및 재형성의 결과라고 제안합니다. -O-Si_팁 본딩 브리지 [26,27,28].

$$ {S\mathrm{i}}_{\mathrm{기질}}{\textstyle \hbox{-}}\mathrm{O}{\textstyle \hbox{-} }{\mathrm{Si}}_{ \mathrm{tip}}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\overset{\mathrm{기계}\kern0.5em \mathrm{스트레스}}{\rightleftharpoons}\kern0.5em {\mathrm{ Si}}_{\mathrm{기질}}\kern0.5em {\textstyle \hbox{-}}\mathrm{O}\mathrm{H}+{\mathrm{Si}}_{\mathrm{tip}} {\textstyle \hbox{-}}\mathrm{O}\mathrm{H} $$ (1)

ln[v에 대한 마찰력의 변화를 설명하기 위해 계면 H-본드 브리지의 파열 및 재형성이 성공적으로 사용되었기 때문에 제안된 유사한 이론 ] [29].

마찰 화학적 마모에서 가수분해 반응의 발생을 확인하기 위해 SiO₂에 대해 Si 표면(추가 파일 1:지원 정보의 그림 S2b)에 마이크로 스케일로 더 큰 흉터를 준비했습니다. 구 및 마모 제품을 라만 분광기로 분석했습니다. 마이크로스케일 테스트에서 선택된 접촉 응력이 너무 낮아 건조한 공기 조건에서 Si 기판의 기계적 마모를 유도하지 못한다는 점을 감안할 때(추가 파일 1:지원 정보의 그림 S2a), 마이크로스케일에서 Si의 재료 제거는 마찰화학 반응에 의해 지배되어야 합니다. . Si 기판의 나노마모 동안 발생하는 마찰화학 반응은 마이크로스케일 테스트에서 재현될 수 있다고 추론된다. 그림 5a는 원래 Si 기판의 라만 스펙트럼과 SiO₂에 대해 형성된 Si 표면의 마모 파편을 보여줍니다. 60% RH 공기 아래의 구체. 이 스펙트럼에서 O-Si-O 결합과 Si-OH 결합의 특징적인 피크가 발견되었습니다[30]. Raman 측정 이전에 원래의 Si 표면과 마모 파편이 공기에 노출되었다는 점을 감안할 때 원래 표면에서 이러한 두 결합의 형성은 공기 중의 산소 및 물과의 산화 및 가수분해 반응에 기인해야 합니다. 그러나 우리는 O-Si-O/Si 및 Si-OH/Si 결합의 상대적 강도가 원래 Si 기판에 비해 마모 파편에서 분명히 증가한다는 것을 발견했습니다(그림 5b). 주어진 조건에서는 마모 잔해 형성에서 산화 반응의 역할이 제한적이기 때문에[31] 탈수 및 가수분해 반응에서 O-Si-O 및 Si-OH 그룹이 생성되어야 합니다.

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원래 Si 표면의 라만 스펙트럼 및 SiO₂에 대해 형성된 스케일 끝의 마모 파편 습한 공기의 구체. 아 채권 감지 곡선. ㄴ (a에서 추정된 O-Si-O/Si 및 Si-OH/Si의 상대 강도 ). 마모 시험에서 정상 하중은 1N, 슬라이딩 사이클 수는 2000

슬라이딩 속도 의존적 마찰 화학 반응의 메커니즘

위의 논의를 기반으로 Si/SiO₂의 슬라이딩 속도 종속 마찰 화학적 마모 메커니즘을 제안합니다. 한 쌍. 그림 6과 같이 (Si-Si)_기판의 계면 접합 브리지 -O-(Si-O-Si)_팁 기계적 응력과 물 분자의 결합으로 형성됩니다. SiO₂의 Si-O 결합(5.82eV 결합 엔탈피) 팁 또는 Si_기판에 있는 것 -O-Si_팁 본딩 브리지는 Si 기판의 Si-Si 본드(2.38eV)보다 훨씬 더 강력합니다. 슬라이딩 과정에서 Si-O 결합과 Si-Si 결합이 모두 약해졌지만 결합은 (Si-Si)_기판 쪽에서 우선적으로 파열됩니다. 낮은 에너지 장벽으로 [32]. SiO₂의 명백한 마모 없음 습한 공기 및 물 조건에서 나노웨어 테스트 후 관찰된 팁(추가 파일 1:지원 정보의 그림 S3)도 이 메커니즘을 지원합니다. 낮은 슬라이딩 속도에서 슬립 이벤트에 의해 응력이 해제된 후 Si_기판 -O-Si_팁 결합 브릿지는 탈수 반응 동안 재형성되고 Si 기판에 기계적 응력을 전달하기에 충분히 커질 때까지 성장합니다. 슬라이딩 속도가 너무 빠르거나 접촉 시간이 너무 낮으면 재구성이 완료되지 않아 계면 구조가 덜 안정되고 마찰 화학 반응이 약해집니다. 적은 양의 반응 생성물(Si_x (OH)_y ) 높은 슬라이딩 속도로 형성 [28]. 방정식 1은 상대적으로 높은 슬라이딩 속도(v> 8μm/s), 여기서 계면 결합 브리지의 파열 및 재형성은 동적 평형 상태에 도달할 수 있습니다(그림 6).

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SiO₂에 대해 문질러진 Si 기판의 계면 상태를 보여주는 개략도 습한 공기 및 탈이온수에서 슬라이딩 속도가 증가하는 팁 v

습한 공기와 탈이온수(그림 1)에서 마찰 화학적 마모의 차이는 Si_기판의 재구성을 나타냅니다. -O-Si_팁 본딩 브리지는 환경 조건과 밀접한 관련이 있습니다. 습한 공기와 비교하여 DI water는 더 많은 물 분자를 포함하고 있으며, 이는 Si-Si 결합의 해리를 촉진하여 Si 표면에 더 많은 Si-OH 그룹을 형성하므로 가수분해 반응에 유리합니다. 더 많은 Si-OH 기를 포함하는 표면은 탈수 반응의 가능성을 증가시켜 Si_기질을 형성합니다. -O-Si_팁 SiO₂와 결합을 형성하는 본딩 브리지 팁 표면 [32]. 결과적으로 탈이온수에서 계면 결합 브리지 형성 속도가 더 빠르면 습한 공기보다 탈이온수에서 Si 기판의 마찰 화학적 마모가 더 심각해졌습니다.

결론

단결정 Si의 슬라이딩 속도 의존성 나노웨어는 SiO₂를 사용하여 공기(0 및 60% RH) 및 탈이온수에서 조사되었습니다. 미세 구형 팁. 무산화물 실리콘의 마찰 화학적 마모는 물 분자가 있는 상태에서 발생했으며 두 가지 환경 조건에서 슬라이딩 속도가 증가함에 따라 마모 부피가 대수적으로 일정하게 감소했습니다. TEM 특성화는 마모 흉터의 표면 아래에 광범위한 슬라이딩 속도(0.08~50μm/s)에서 기계적 손상이 없음을 확인했습니다. Raman 분석은 탈수 및 가수분해 반응이 모두 Si 기판의 마찰 화학적 마모 동안 발생했음을 나타냅니다. 습한 공기와 물에서 미끄럼 속도에 대한 마찰 화학 마모의 의존성은 응력/물 관련 계면 결합 형성 역학을 사용하여 모델링할 수 있습니다. 계면 반응은 Si_기질의 형성 및 파열을 통해 발생합니다. -O-Si_팁 Si 기판과 SiO₂ 사이의 본드 브리지 팁 접촉 표면은 슬라이딩 속도의 함수로 Si 표면의 마찰 화학적 마모를 변화시킵니다. 이 연구는 연마 효율 향상에 매우 중요한 Si CMP의 마찰 화학적 마모 메커니즘에 대한 추가 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, Si-O의 가수분해 반응을 억제하면 Si 물질의 마찰 화학적 제거를 촉진할 수 있으며, 이는 CMP 공정에서 알칼리성 슬러리의 최적 pH가 10-10.5인 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.