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化学机械抛光工艺(CMP)

化学机械抛光工艺(CMP)
化学机械抛光工艺(CMP)

化学机械抛光液(CMP)氧化铝抛光液具体添加剂

摘要:本文首先定义并介绍CMP工艺的基本工作原理,然后,通过介绍CMP系统,从工艺设备角度定性分析了解CMP的工作过程,通过介绍分析CMP工艺参数,对CMP作定量了解。在文献精度中,介绍了一个SiO2的CMP平均磨除速率模型,其中考虑了磨粒尺寸,浓度,分布,研磨液流速,抛光势地形,材料性能。经过实验,得到的实验结果与模型比较吻合。MRR 模型可用于CMP模拟,CMP过程参数最佳化以及下一代CMP设备的研发。最后,通过对VLSI 制造技术的课程回顾,归纳了课程收获,总结了课程感悟。

关键词:CMP、研磨液、平均磨除速率、设备

Abstract:This article first defined and introduces the basic working principle of the CMP process, and then, by introducing the CMP system, from the perspective of process equipment qualitative analysis to understand the working process of the CMP, and by introducing the CMP process parameters, make quantitative understanding on CMP.In literature precision, introduce a CMP model of SiO2, which takes into account the particle size, concentration, distribution of grinding fluid velocity, polishing potential terrain, material performance.After test, the experiment result compared with the model.MRR model can be used in the CMP simulation, CMP process parameter optimization as well as the next generation of CMP equipment research and development.Through the review of VLSI manufacturing technology course, finally sums up the course, summed up the course.

Key word: CMP、slumry、MRRs、device

1.前言

随着半导体工业飞速发展,电子器件尺寸缩小,要求晶片表面平整度达到纳米级。传统的平坦化技术,仅仅能够实现局部平坦化,但是当最小特征尺寸达到

0.25μm以下时,必须进行全局平坦化。常见的传统平面化技术很多。如热流法,旋转玻璃法,回蚀法,电子环绕共振法,选择淀积,低压CVD,等离子增强CVD,淀积-腐蚀-淀积法等。但它们都属于局部平面化工艺,不能做到全局平面化。90年代兴起的化学机械抛光技术(CMP)则从加工性能和速度上同时满足硅片图形加工的要求,其也是目前唯一可以实现全局平坦化的技术[1]。

2.基本原理

2.1 CMP定义

CMP就是用化学腐蚀和机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平滑处理。

2.2 CMP工作原理[2]

如图1,将硅片固定在抛光头的最下面,将抛光垫放置在研磨盘上,抛光时,旋转的抛光头以一定的压力压在旋转的抛光垫上,由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的研磨液在硅片表面和抛光垫之间流动,然后研磨液在抛光垫的传输和离心力的作用下,均匀分布其上,在硅片和抛光垫之间形成一层研磨液液体薄膜。研磨液中的化学成分与硅片表面材料产生化学反应,将不溶的物质转化为易溶物质,或者将硬度高的物质进行软化,然后通过磨粒的微机械摩擦作用将这些化学反应物从硅片表面去除,溶入流动的液体中带走,即在化学去膜和机械去膜的交替过程中实现平坦化的目的。其反应分为两个过程[3]:

化学过程:研磨液中的化学品和硅片表面发生化学反应,生成比较容易去除的物质;

物理过程:研磨液中的磨粒和硅片表面材料发生机械物理摩擦,去除化学反应生成的物质。

2.3 CMP主要参数[4]

(1)平均磨除率(MRR)在设定时间内磨除材料的厚度是工业生产所需要的。

(2)CMP平整度与均匀性平整度是硅片某处CMP前后台阶高度之差占CMP之前台阶高度的百分比。

(3)选择比在CMP中,对不同材料的抛光速率是影响硅片平整性和均匀性的一个重要因素。

(4)表面缺陷CMP工艺造成的硅片表面缺陷一般包括擦伤或沟、凹陷、侵蚀、残留物和颗粒污染。

2.4 CMP系统

CMP系统[5](图1)包括: CMP设备、研磨液(抛光液)、抛光垫、抛光终点检测及工艺控制设备、后CMP清洗设备、浆料分布系统、废物处理和测量设备。其中研磨液和抛光垫为消耗品。

图1. CMP设备组成

(1)抛光头组件

新型的抛光头组件(图2)具有用于吸附晶圆的真空吸附装置,对晶圆施加压力的下压力系统,以及调节晶圆的定位环系统。

图2.抛光头组件

(2)研磨盘

研磨盘是CMP研磨的支撑平台,其作用是承载抛光垫并带动其转动。它是控制抛光头压力大小、转动速度、开关动作、研磨盘动作的电路和装置。

(3) 抛光垫

抛光垫(图3)通常使用聚亚胺脂(Polyurethane)材料制造,利用这种多孔性材料类似海绵的机械特性和多孔特性,表面有特殊之沟槽,提高抛光的均匀性,垫上有时开有可视窗,便于线上检测。通常抛光垫为需要定时整修和更换之耗材,一个抛光垫虽不与晶圆直接接触,但使用售命约仅为45至75小时。

抛光垫有软垫,硬垫之分[6]。

图3.抛光垫(左软,右硬)

硬垫(图3,右):较硬,抛光液固体颗粒大,抛光速度较快,平行度、平整度也较好, 但表面较粗糙,损伤层较严重。软垫(图3,左)具有更好的硅片内平均性,抛光液中固体颗粒较小,因此可以增加光洁度, 同时去除粗抛时留下的损伤层。故采用粗精抛相结合的办法, 既可保持晶片的平行度、平整度,又可达到去除损伤层及保持硅片表面高光洁度的目的。

抛光垫上有很多小孔, 这些小孔有利于输送浆料和抛光, 还可用于将浆料中的磨蚀粒子送入硅片表面并去除副产品。在使用中, 抛光垫在对若干片晶片进行抛光后被研磨得十分平整, 同时孔内填满了磨料粒子和片子表面的磨屑聚集物, 一旦产生釉化现象, 就会使抛光垫失去部分保持研浆的能力, 抛光速率也随之下降, 同时还会使硅片表面产生划伤,对电路元件造成损伤。

因此, 抛光垫表面须定期地用一个金刚石调节器修整, 这样便可延长抛光垫的使用寿命。

(4)抛光垫修整器

图4.抛光垫调整器图5.抛光垫调整器表面

抛光垫调整器[7](图4)作用是扫过垫表面提高表面粗糙度,除去用过的浆料。包含一个不锈钢盘以及一个镀镍(CVD金刚石层)的金刚石磨粒(图5)。

(5)研磨液系统

1)研磨液[8]由磨粒、酸碱剂、纯水及添加物构成,其成分见表1。

被抛光材料磨粒研磨液添加物研磨液pH

值介质二氧化硅SiO

2,

CeO

2,

ZrO

2

Al

2

O

3

,Mn

2

O

3

KOH,NH2OH 10~13

金属钨Al

2

O

3,

Mn

2

O

3

KIO

3

,Fe(NO

3

)

2,

H

2

O

2

2~6

铝SiO

2

KIO

3

,Fe(NO

3

)

2,

H

2

O

2

2~6

铜Al

2

O

3

KIO

3

,Fe(NO

3

)

2,

H

2

O

2

2~6

表1.研磨液成分

2)研磨液供给与输送系统

①研磨液供给与输送系统与CMP工艺之间的关系:研磨液中的化学品在配比混合输送过程中可能有许多变化,这一点,使输送给机台的研磨液质量与抛光工艺的成功形成了非常紧密的关系,其程度超过了与高纯化学品的联系。尽管CMP 设备是控制并影响CMP工艺结果的主要因素,但是研磨液在避免缺陷和影响CMP 的平均抛光速率方面起着巨大的作用。

②研磨液供给与输送系统实现的目标:通过恰当设计和管理研磨液供给与输送系统来保证CMP工艺的一致性。研磨液的混合、过滤、滴定以及系统的清洗等程序会减轻很多与研磨液相关的问题。那么就要设计一个合适的研磨液的供给与输送系统,完成研磨液的管理,控制研磨液的混合、过滤、浓度、滴定及系统的清洗,减少研磨液在供给、输送过程中可能出现的问题和缺陷,保证CMP的平坦化效果。

研磨液组分通常是分开存储(图6),使用时按比例混合使用。

图6.研磨液混合系统(LFC: 流量控制装置)

③研磨液混合和输送设备的设计特点:

搅动:一般来讲,研磨液中的固体颗粒经过一段时间后会逐渐淀积,为了满足特定的工艺要求,必须保持桶中和储蓄罐中的液体均一,专业的研磨液系统制造商可以为每种研磨液设置特定的淀积率和分散率。

④抛光研磨液后处理:作为消耗品,研磨液一般是一次性使用。

随着CMP市场的扩大,抛光研磨液的排放及后处理工作量也在增大(出于环保原因,即使研磨液不再重复利用,也必须先处理才可以排放)。而且,抛光研磨液价格昂贵,如何对抛光研磨液进行后处理,补充必要的化学添加剂,重复利用其中的有效成分,或降级使用,不仅可以减少环境污染,而且可以大大降低加工成本。抛光研磨液的后处理研究将是未来的新研究热点。

(6)终点检测设备[9]

终点检测是检测CMP工艺把材料磨除到一个正确的厚度的能力。检测方法大致分为间接地对抛光晶片进行物理测定(电流),直接检测晶片(光学)两种。

1)检测电流终点检测。

CMP接近终点时, 抛光垫与硅片摩擦力开始改变,抛光头转动马达的电流会改变来保证不变的旋转速率,监测马达电流来测终点。

2)光学干涉法终点检测

图7.电介质光干涉终点检测图8.后CMP清洗刷子

电解质光干涉法(图7),反射光相互干涉,薄膜厚度的变化引起干涉状态的周期变化,电解质薄膜厚度的变化可以由反射光的变化来监测。

图9.光学测金属CMP终点

反射率的改变可用来测金属CMP终点,金属表面有很高反射率(图9左),金属层被磨除(图9右)时表面反射率大幅减少,通过这种方法可测终点。(7)CMP后清洗[10]

三步法:清洁, 冲洗,干燥。

后清洗目的主要是去除颗粒和其他化学污染物,用到去离子水及刷子,去离子水量越大, 刷子压力越大清洗效率越高。刷子(图8)通常是多孔聚合物材质, 允许化学物质渗入并传递到晶圆表面

2.5 CMP设备的发展

(1)单抛光头旋转式系统CMP 转动设备是用以玻璃陶瓷或其他金属的磨平抛光设备为基础的,这种设备由单个研磨盘和单个抛光头构成。

(2) 多抛光头旋转式CMP系统随着生产力需求和缺陷标准提高,出现了多研磨头的旋转体系,这类设备有很多种。

(3)多研磨盘CMP系统由于Auriga公司和Symphony公司的设备缺乏灵活性,例如加工的硅片片数是22片而不是25片硅片,就不能发挥它们生产力高的优点。

(4) 轨道式CMP系统(图10)由于对于工艺的灵活性和生产力的需求提高,IPEC 公司开发出了676轨道式CMP系统。

图10.轨道式CMP系统图11.线性CMP系统

(5) 线性CMP系统(图11)最后,有些公司开发出能够实现高线速度的线性CMP系统。

2.6 影响CMP效果的主要参数

设备参数研磨液参数抛光垫/背垫参数CMP对象薄膜参数抛光时间磨粒大小硬度种类

研磨盘转速磨粒含量密度厚度

抛光头转速磨粒的凝聚度空隙大小硬度

抛光头摇摆度酸碱度弹性化学性质

背压氧化剂含量背垫弹性图案密度

下压力流量修整

粘滞系数

表2.影响CMP效果的主要参数

1.抛光头压力压力越大,磨除速率越快。

2.抛光头与研磨盘间的相对速度抛光速率随着抛光头与研磨盘间的相对速度的增大而增大。

3.抛光垫抛光垫是在CMP中决定抛光速率和平坦化能力的一个重要部件。

① 碎片后为防止缺陷而更换抛光垫。

② 优化衬垫选择以便取得好的硅片内和硬膜内的均匀性和平坦化(建议采用层叠或两层垫)。

③ 运用集成的闭环冷却系统进行研磨垫温度控制。

④ 孔型垫设计、表面纹理化、打孔和制成流动渠道等有利于研磨液的传送。 ⑤ CMP 前对研磨垫进行修正、造型或平整。

⑥ 有规律地对研磨垫用刷子或金刚石修整器做临场和场外修整。

4.研磨液 研磨液是影响CMP 速率和效果的重要因素,在半导体工艺中,针对SiO2、钨栓、多晶硅和铜,需要用不同的研磨液来进行研磨。

1)磨粒

① 磨粒材料:对不同的薄膜CMP 和不同工艺的CMP 要精心选择磨粒材料。即使是对同种薄膜材料进行CMP ,其磨粒材料不同,抛光速率也不同。例如对于ILD 氧化硅进行CMP ,采用二氧化铈(CeO 2)作为磨粒的抛光速率比用气相纳米SiO 2为

磨粒的抛光速率大约快3倍。 ② 磨粒含量:磨粒含量是指研磨液中磨粒质量的百分数。 即(磨粒质量/研磨液质量)×100%,又叫磨粒浓度。对于硅抛光,在低磨粒含量

时,在一定范围内对硅的抛光速率随着磨粒含量的增加而增加,平整度趋于更好。这主要是由于,随着磨粒含量的提高,研磨液中参与机械研磨的有效粒子数增多,抛光液的质量传递作用提高,使平坦化速率增加,可以减小塌边情况的发生。但并不是磨粒含量越高越好,当磨粒含量达到一定值之后,平坦化速率增加缓慢,且流动性也会受影响,成本也增加,不利于抛光。要通过实验对确定的抛光对象找出一个最优的磨粒含量。

③ 磨粒大小及硬度:随着微粒尺寸和硬度的增加,去除速率也随之增加。但会产生更多的凹痕和划伤。所以要很细心地选择颗粒的大小和硬度,颗粒硬度要比去除材料的硬度小。要不能使平坦化的表面产生凹痕和擦伤等表面缺陷。

2)研磨液的选择性:对确定的研磨液,在同样条件下对两种不同的薄膜材料进行抛光时其抛光速率的不同,这就是研磨液的选择性。

3)研磨液中添加物的浓度与pH 值:与MRR 有直接关系。

5.温度对去除率的影响 CMP 在加工过程中无论是酸性液体还是碱性液体,在与去除材料的化学反应中都是放热的反应,造成温度的上升,同时在加工过程中,由于抛光头的压力作用和抛光头及研磨盘的旋转具有做功的情况,所以有能量的释放,造成温度的上升。

6.薄膜特性 CMP 研磨薄膜材料的性质(化学成分、硬度、密度、表面状况等)也影响抛光速度和抛光效果。

3.文献精读

3.1半经验SiO 2CMP 磨除速率(MRR )模型[13]

为预测CMP 过程的MRR ,建立了半经验的模型公式。假定晶圆磨粒表面是塑性接触,抛光垫与磨粒弹性接触,磨粒尺寸分布,抛光垫粗糙度无序分布;模型考虑磨粒尺寸,浓度,分布,研磨液流速,抛光势地形,材料性能。

3.2模型推导

根据G —W 模型[14]和接触原理[15],CMP 中一个平滑晶圆和一个自由粗糙抛光垫在F 作用力下真实接触面积为:

pw w p p s r E PA R C f A 2???? ????? ??=σ

真实接触压力为:

早期研究证明,颗粒尺寸分布满足一个密度方程(Φ(D ))[16],得到活跃颗粒数量表达式:

根据活性粒子数量和颗粒密度,得到平均MRR :

而MRR 分布模型[17]可表示为:

3.3实验过程

抛光垫上层用型号IC1000聚氨酯,基层用SubaIV 毡型垫,这种设计易用,性能连续。用PECVD 在200mm 晶圆淀积1.5μm 厚SiO 2层。CMP 设备用的是旋转抛光器(GnP POLI500)。工作压力是晶圆压力27.5KPa ;定位环压力34.74KPa ;

研磨液流速是150ml/min ;转速40rpm ;用到四种不同直径研磨液(表4);颗

粒浓度为12.5wt%;CMP 中,调节进程用压力5.88KPa ,调机器转速40rpm ,盘转速60rpm ;抛光1min 后,用反射计(K-Mac ST5030-SL)测膜厚;每张晶圆选41个点测MRRs ;边缘去除3mm 。

变量 名称 值 单位 σp 垫粗糙度标准误差 30 μm

R p 垫粗糙读平均半径 25 μm

E p 垫材料杨氏模量 10 MPa

υp 垫材料泊松比率 0.2 -

E a SiO 2颗粒杨氏模量 94 GPa

υa SiO 2颗粒泊松比率 0.26 -

ρa SiO 2颗粒密度 2270 Kg/m 3

ρs 研磨液密度 1040 Kg/m 3

E w SiO 2杨氏模量 66 GPa

υw SiO 2泊松比率 0.3 -

H w SiO 2硬度 18 GPa 表3.模型参量数值

pw p p s r E R f C P 21???? ?????? ??=σ()()()dD D E PA R C f A l A dD D qA n cr cr D PW W P P s T W T W D r a ??∝+∝+???? ????? ??+==φσφ2121/()

????

? ?????? ??-???? ????? ??+=23,.212211/34ζσPW avg r e P P s T W T W avg E PV R C f A l A MRR ()()()?

????????????? ?????? ???=βασσavg re avg re avg n n avg V y x V y x MRR y x MRR ...,,,

3.3实验过程

抛光垫上层用型号IC1000聚氨酯,基层用SubaIV毡型垫,这种设计易用,

层。CMP设备用的是旋转性能连续。用PECVD在200mm晶圆淀积1.5μm厚SiO

2

抛光器(GnP POLI500)。工作压力是晶圆压力27.5KPa;定位环压力34.74KPa;研磨液流速是150ml/min;转速40rpm;用到四种不同直径研磨液(表4);颗粒浓度为12.5wt%;CMP中,调节进程用压力5.88KPa,调机器转速40rpm,盘转速60rpm;抛光1min后,用反射计(K-Mac ST5030-SL)测膜厚;每张晶圆选41个点测MRRs;边缘去除3mm。

研磨液平均直径(nm)标准误差(nm)

D13 13.3 3.7

D22 22.4 4.4

D61 60.9 12.5

D118 117.7 26.4

表4.CMP实验研磨液

3.4实验结果分析

测得颗粒尺寸分布为离散分布,离散密度公式用来计算颗粒总数

图12.研磨液颗粒尺寸分布

图13.平均颗粒尺寸与平均MRRs关系图14.颗粒质量百分比与平均MRRs关系以平均颗粒尺寸为变量测平均磨除速率,得到结果曲线图13,并与公式模型所得曲线比较,可以看出,公式模型与试验结果相吻合,从D13到D61,磨除速率上升,到D118稍有下降,说明有一个最适尺寸。

以颗粒质量百分比为变量测平均磨除速率,得到结果曲线图14 ,并与公式模型所得曲线比较,可以看出,公式模型与试验结果相吻合,从5wt%到17.5wt%,MRR一直增加,说明活性颗粒数量与磨除速率成正比。

图15.不同颗粒直径下试验与模型MRR分布图16.不同颗粒密度下实验与模型MRR分布图15和图16表明,试验结果符合模型假设,验证了模型的正确性。

3.5结论

基于接触力学,本文提供了一个SiO2的CMP模型,其中考虑了磨粒尺寸,浓度,分布,研磨液流速,抛光势地形,材料性能。经过试验,得到的实验结果与模型比较吻合。MRR模型可用于CMP模拟,CMP过程参数最佳化以及下一代CMP 设备的研发。

4.学习体会

在本学期的VLSI制造技术的课程学习中,我收获很多。首先,因为上课人数少,获得了两次讲报告的机会,使我阅读文献的能力得到很大提升,也锻炼了作报告能力,同时学到很多新知识,其次,在听其他同学报告时,也了解了很多各方面知识,最后,通过金老师对第一次报告的点评,我在第二次报告中改正了很多第一次中的不足,报告能力再次得到提升,同时,金老师渊博的专业知识以及对每次上台作报告同学的点评,都使我获益匪浅。

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晶圆化学机械抛光中保持环压力的有限元分析

第4期黄杏利等:晶圆化学机械抛光中保持环压力的有限元分析 响,确定出最优的保持环压力,并且得出保持环与晶圆之间间隙对保持环压力的影响规律。 1模型的建立 模型中所用的材料参数和几何尺寸如表1所示,其中,品圆夹持器所用材料的力学性能比其它材料的性能高出很多,这里采用和晶圆一致的性能,它们的性能都比抛光垫的弹性模量高很多,相当于刚性。不影响保持环压力的计算。抛光垫选用目前常用的SUBAIV型,由浸渍过的聚氨酯和聚酯毛毡材料构成。保持环材料选用30%碳纤维增强的聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)。 表1模型的材料参数和几何尺寸 模型假定:所有实体的表面都是光滑的;所有材料均为各向同性;所有的物体紧密堆积且忽略抛光液的作用,建立二维轴对称的有限元静态模型叫,图1所示为二维静态轴对称模型示意图。 图1二维静态轴对称模型示意图 模型边界条件:载荷都均匀分布在物体的表面上,晶圆上的压力P。取0.069MPa,保持环上的压力Pz是变化的;抛光垫的底面施加固定约束,限制各个方向的运动;左边是对称的边界条件,对称轴上的所有节点在径向受到约束,但在轴向上能自由移动;保持环的宽度为8.961mm,保持环与晶圆之间的间隙Ⅳ值分别取0,75mm、1.00mm、1.25mm。^的大小与P,有直接关系,所以用_P:佃。表示保持环载荷的施加情况。 本文采用有限元模拟软件ANSYS9.0建模,采用具有8节点plane82轴对称单元,有限元模型如图2所示,共291个单元,986个节点。 图2CMP系统的二维轴对称FEM模型 2模拟结果 以直径200mm的晶圆为例分析。选取晶圆下表面的所有节点作为路径,等效应力随路径的变化趋势如图3所示: 从文献[3]分析得出,晶圆表面的等效应力说明了晶圆与抛光垫之间的接触程度,所以,晶圆边缘的“过磨”现象可由晶圆表面的等效应力反映。晶圆上的等效应力趋势越平稳,起伏越小,晶圆抛光后的平坦度越高。由图3可以看出,在晶圆中心区域,晶圆表面应力分布均匀,而在晶圆边缘应力突然上升,出现一个凸峰.这是抛光垫受压变形的结果。峰值越大,晶圆边缘磨损越严重,表面平坦度越低。改变P。/P。和w的取值,按照同样的方法模拟不同的情况,对结果分析比较,研究其对晶圆抛光效果的影响规律,如图4和图5所示。 由图4看出,当晶圆与保持环之间的间隙Ⅳ为定值0.75Film时,随着P。/尸。值的增加,晶圆边缘的应力峰值不断降低。到一定程度后会出现应力值凹陷,这时晶圆边缘磨损低于晶圆中心,由此可见P。存在一个最佳值。当P。/P-值为0时,在半径约60Iilln处,晶圆上的应力已经开始变化,在P。/P。值为2.3时,整个晶圆上的应力都很平稳,这时,晶圆表面的平坦度高,晶圆利用率也高,当尸2/P1值为2.4时,晶圆边缘的应力出现凹陷。因此,保持环上的最佳压力为0.1587MPa(2.3×0.069MPa)。 如图5所示,在Pz/P,值相同的情况下,Ⅳ值越大,晶圆边缘应力峰值越高,晶圆边缘磨损越严重。反之,w值越小,晶圆上应力变化越平稳,平坦度愈高,晶圆利用率也愈高。以上计算和模拟结果与文献[4]的实验结果一致。综上所述,有限元方法能够很好地计算和预测保持环上的最佳压力。P。/P。与 w的选取影响了晶圆表面的抛光质量,在设计保持

CMP化学机械抛光Slurry的蜕与进

CMP Slurry的蜕与进 岳飞曾说:“阵而后战,兵法之常,运用之妙,存乎一心。”意思是说,摆好阵势以后出战,这是打仗的常规,但运用的巧妙灵活,全在于善于思考。正是凭此理念,岳飞打破了宋朝对辽、金作战讲究布阵而非灵活变通的通病,屡建战功。如果把化学机械抛光(CMP,Chemical Mechanical Polishing)的全套工艺比作打仗用兵,那么CMP工艺中的耗材,特别是slurry的选择无疑是“运用之妙”的关键所在。 “越来越平”的IC制造 2006年,托马斯?弗里德曼的专著《世界是平的》论述了世界的“平坦化”大趋势,迅速地把哥伦布苦心经营的理论“推到一边”。对于IC制造来说,“平坦化”则源于上世纪80年代中期CMP技术的出现。 CMP工艺的基本原理是将待抛光的硅片在一定的下压力及slurry(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面材料的去除,并获得光洁表面(图1)。 1988年IBM开始将CMP工艺用于4M DRAM器件的制造,之后各种逻辑电路和存储器件以不同的发展规模走向CMP。CMP将纳米粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来,满足了特征尺寸在0.35μm以下的全局平坦化要求。目前,CMP技术已成为几乎公认的惟一的全局平坦化技术,其应用范围正日益扩大。 目前,CMP技术已经发展成以化学机械抛光机为主体,集在线检测、终点检测、清洗等技术于一体的CMP技术,是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺发展的产物。同时也是晶圆由200mm向300mm乃至更大直径过渡、提高生产率、降低制造成本、衬底全局平坦化所必需的工艺技术。 Slurry的发展与蜕变 “CMP技术非常复杂,牵涉众多的设备、耗材、工艺等,可以说CMP本身代表了半导体产业的众多挑战。”安集微电子的CEO王淑敏博士说,“主要的挑战是影响CMP工艺和制程的诸多变量,而且这些变量之间的关系错综复杂。其次是CMP的应用范围广,几乎每一关键层都要求用到CMP进行平坦化。不同应用中的研磨过程各有差异,往往一个微小的机台参数或耗材的变化就会带来完全不同的结果,slurry的选择也因此成为CMP工艺的关键之一。” CMP技术所采用的设备及消耗品包括:抛光机、slurry、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等。其中slurry和抛光垫为消耗品。Praxair的研发总监黄丕成博士介绍说,一个完整的CMP工艺主要由抛光、后清洗和计量测量等部分组成。抛光机、slurry和抛光垫是CM

化学机械抛光工艺(CMP)全解

化学机械抛光液(CMP)氧化铝抛光液具体添加剂 摘要:本文首先定义并介绍CMP工艺的基本工作原理,然后,通过介绍CMP系统,从工艺设备角度定性分析了解CMP的工作过程,通过介绍分析CMP工艺参数,对CMP作定量了解。在文献精度中,介绍了一个SiO2的CMP平均磨除速率模型,其中考虑了磨粒尺寸,浓度,分布,研磨液流速,抛光势地形,材料性能。经过实验,得到的实验结果与模型比较吻合。MRR 模型可用于CMP模拟,CMP过程参数最佳化以及下一代CMP设备的研发。最后,通过对VLSI 制造技术的课程回顾,归纳了课程收获,总结了课程感悟。 关键词:CMP、研磨液、平均磨除速率、设备 Abstract:This article first defined and introduces the basic working principle of the CMP process, and then, by introducing the CMP system, from the perspective of process equipment qualitative analysis to understand the working process of the CMP, and by introducing the CMP process parameters, make quantitative understanding on CMP.In literature precision, introduce a CMP model of SiO2, which takes into account the particle size, concentration, distribution of grinding fluid velocity, polishing potential terrain, material performance.After test, the experiment result compared with the model.MRR model can be used in the CMP simulation, CMP process parameter optimization as well as the next generation of CMP equipment research and development.Through the review of VLSI manufacturing technology course, finally sums up the course, summed up the course. Key word: CMP、slumry、MRRs、device 1.前言 随着半导体工业飞速发展,电子器件尺寸缩小,要求晶片表面平整度达到纳米级。传统的平坦化技术,仅仅能够实现局部平坦化,但是当最小特征尺寸达到

化学机械抛光液配方组成,抛光液成分分析及技术工艺

化学机械抛光液配方组成,抛光原理及工艺导读:本文详细介绍了化学机械抛光液的研究背景,机理,技术,配方等,需要注意的是,本文中所列出配方表数据经过修改,如需要更详细的内容,请与我们的技术工程师联系。 禾川化学专业从事化学机械抛光液成分分析,配方还原,研发外包服务,提供一站式化学机械抛光液配方技术解决方案。 1.背景 基于全球经济的快速发展,IC技术(Integrated circuit, 即集成电路)已经渗透到国防建设和国民经济发展的各个领域,成为世界第一大产业。IC 所用的材料主要是硅和砷化镓等,全球90%以上IC 都采用硅片。随着半导体工业的飞速发展,一方面,为了增大芯片产量,降低单元制造成本,要求硅片的直径不断增大;另一方面,为了提高IC 的集成度,要求硅片的刻线宽度越来越细。半导体硅片抛光工艺是衔接材料与器件制备的边沿工艺,它极大地影响着材料和器件的成品率,并肩负消除前加工表面损伤沾污以及控制诱生二次缺陷和杂质的双重任务。在特定的抛光设备条件下,硅片抛光效果取决于抛光剂及其抛光工艺技术。 禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验,经过多年的技术积累,可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库,彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题,利用其八大服务优势,最终实现企业产品性能改进及新产品研发。 样品分析检测流程:样品确认—物理表征前处理—大型仪器分析—工程师解谱—分析结果验证—后续技术服务。有任何配方技术难题,可即刻联系禾川

化学技术团队,我们将为企业提供一站式配方技术解决方案! 2.硅片抛光技术的研究进展 20世纪60年代中期前,半导体抛光还大都沿用机械抛光,如氧化镁、氧化锆、氧化铬等方法,得到的镜面表面损伤极其严重。1965年Walsh和Herzog 提出SiO2溶胶-凝胶抛光后,以氢氧化钠为介质的碱性二氧化硅抛光技术就逐渐代替旧方法,国内外以二氧化硅溶胶为基础研究开发了品种繁多的抛光材料。 随着电子产品表面质量要求的不断提高, 表面平坦化加工技术也在不断发展,基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃SOG( spin-on-glass) 、低压CVD( chemical vapor deposit) 、等离子体增强CVD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积-腐蚀-淀积等方法也曾在IC艺中获得应用, 但均属局部平面化技术,其平坦化能力从几微米到几十微米不等, 不能满足特征尺寸在0. 35 μm 以下的全局平面化要求。 1991 年IBM 首次将化学机械抛光技术( chemical mechanical polishing , 简称CMP)成功应用到64 Mb DRAM 的生产中, 之后各种逻辑电路和存储器以不同的发展规模走向CMP, CMP 将纳米粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来, 满足了特征尺寸在0. 35微米以下的全局平面化要求。CMP 可以引人注目地得到用其他任何CMP 可以引人注目地得到用其他任何平面化加工不能得到的低的表面形貌变化。目前, 化学机械抛光技术已成为几乎公认为惟一的全局平面化技术,逐渐用于大规模集成电路(LSI) 和超大规模集成电路(ULSI) ,可进一步提高硅片表面质量,减少表面缺陷。

化学机械抛光液(CMP)氧化铝抛光液具汇总

化学机械抛光液(CMP)氧化铝抛光液 一、行业的界定与分类 (2) (一)化学机械抛光 (2) 1、化学机械抛光概念 (2) 2、CMP工艺的基本原理 (2) 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 (2) 4、CMP过程 (2) 5、CMP技术的优势 (2) (二)化学机械抛光液 (3) 1、化学机械抛光液概念 (3) 2、化学机械抛光液的组成 (3) 3、化学机械抛光液的分类 (3) 4、CMP过程中对抛光液性能的要求 (3) (三)化学机械抛光液的应用领域 (3) 二、原材料供应商 (4) 三、化学机械抛光液行业现状 (4) (一)抛光液行业现状 (4) 1、国际市场主要抛光液企业分析 (4) 2、我国抛光液行业运行环境分析 (4) 3、我国抛光液行业现状分析 (5) 4、我国抛光液行业重点企业竞争分析 (5) (二)抛光液行业发展趋势 (5) (三)抛光液行业发展的问题 (5) 四、需求商 (6) (一)半导体硅材料 (6) 1、电子信息产业介绍 (6) 2、半导体硅材料的简单介绍 (6) (二)分立器件行业 (7) (三)抛光片 (8)

化学机械抛光液行业研究 一、行业的界定与分类 (一)化学机械抛光 1、化学机械抛光概念 化学机械抛光(英语:Chemical-Mechanical Polishing,缩写CMP),又称化学机械平坦化(英语:Chemical-Mechanical Planarization),是半导体器件制造工艺中的一种技术,用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。 2、CMP工艺的基本原理 基本原理是将待抛光工件在一定的下压力及抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面。 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 主要包括,抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等,其中抛光液和抛光垫为消耗品。 4、CMP过程 过程主要有抛光、后清洗和计量测量等部分组成,抛光机、抛光液和抛光垫是CMP工艺的3大关键要素,其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面平整水平。 5、CMP技术的优势 最初半导体基片大多采用机械抛光的平整方法,但得到的表面损伤极其严重,基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃SOG(spin-on-glass)、低压CV D(chemicalvaporde-posit)、等离子体增强CVD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积-腐蚀-淀积等方法也曾在IC工艺中获得应用,但均属局部平面化技术,其平坦化能力从几微米到几十微米不等,不能满足特征尺寸在

化学机械抛光液行业研究

化学机械抛光液行业研究 一、行业的界定与分类 (2) (一)化学机械抛光 (2) 1、化学机械抛光概念 (2) 2、CMP工艺的基本原理 (2) 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 (2) 4、CMP过程 (2) 5、CMP技术的优势 (2) (二)化学机械抛光液 (3) 1、化学机械抛光液概念 (3) 2、化学机械抛光液的组成 (3) 3、化学机械抛光液的分类 (3) 4、CMP过程中对抛光液性能的要求 (3) (三)化学机械抛光液的应用领域 (3) 二、原材料供应商 (4) 三、化学机械抛光液行业现状 (4) (一)抛光液行业现状 (4) 1、国际市场主要抛光液企业分析 (4) 2、我国抛光液行业运行环境分析 (4) 3、我国抛光液行业现状分析 (5) 4、我国抛光液行业重点企业竞争分析 (5) (二)抛光液行业发展趋势 (5) (三)抛光液行业发展的问题 (5) 四、需求商 (6) (一)半导体硅材料 (6) 1、电子信息产业介绍 (6) 2、半导体硅材料的简单介绍 (6) (二)分立器件行业 (7) (三)抛光片 (8)

化学机械抛光液行业研究 一、行业的界定与分类 (一)化学机械抛光 1、化学机械抛光概念 化学机械抛光(英语:Chemical-Mechanical Polishing,缩写CMP),又称化学机械平坦化(英语:Chemical-Mechanical Planarization),是半导体器件制造工艺中的一种技术,用来对正在加工中的硅片或其它衬底材料进行平坦化处理。 2、CMP工艺的基本原理 基本原理是将待抛光工件在一定的下压力及抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面。 3、CMP技术所采用的设备及消耗品 主要包括,抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等,其中抛光液和抛光垫为消耗品。 4、CMP过程 过程主要有抛光、后清洗和计量测量等部分组成,抛光机、抛光液和抛光垫是CMP工艺的3大关键要素,其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面平整水平。 5、CMP技术的优势 最初半导体基片大多采用机械抛光的平整方法,但得到的表面损伤极其严重,基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃SOG(spin-on-glass)、低压CV D(chemicalvaporde-posit)、等离子体增强CVD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积-腐蚀-淀积等方法也曾在IC工艺中获得应用,但均属局部平面化技术,其平坦化能力从几微米到几十微米不等,不能满足特征尺寸在

化学机械抛光工艺(CMP)

化学机械抛光工艺(CMP) 摘要:本文首先定义并介绍CMP工艺的基本工作原理,然后,通过介绍CMP系统,从工艺设备角度定性分析了解CMP的工作过程,通过介绍分析CMP工艺参数,对CMP作定量了解。在文献精度中,介绍了一个SiO2的CMP平均磨除速率模型,其中考虑了磨粒尺寸,浓度,分布,研磨液流速,抛光势地形,材料性能。经过实验,得到的实验结果与模型比较吻合。MRR 模型可用于CMP模拟,CMP过程参数最佳化以及下一代CMP设备的研发。最后,通过对VLSI 制造技术的课程回顾,归纳了课程收获,总结了课程感悟。 关键词:CMP、研磨液、平均磨除速率、设备 Abstract:This article first defined and introduces the basic working principle of the CMP process, and then, by introducing the CMP system, from the perspective of process equipment qualitative analysis to understand the working process of the CMP, and by introducing the CMP process parameters, make quantitative understanding on CMP.In literature precision, introduce a CMP model of SiO2, which takes into account the particle size, concentration, distribution of grinding fluid velocity, polishing potential terrain, material performance.After test, the experiment result compared with the model.MRR model can be used in the CMP simulation, CMP process parameter optimization as well as the next generation of CMP equipment research and development.Through the review of VLSI manufacturing technology course, finally sums up the course, summed up the course. Key word: CMP、slumry、MRRs、device 1.前言

化学机械抛光CMP技术的发展应用及存在问题

化学机械抛光(CMP)技术的发展、应用及存在问题 雷红 雒建斌 马俊杰 (清华大学摩擦学国家重点实验室 北京 100084) 摘要:在亚微米半导体制造中,器件互连结构的平坦化正越来越广泛采用化学机械抛光(C MP)技术,这几乎是目前唯一的可以提供在整个硅圆晶片上全面平坦化的工艺技术。本文综述了化学机械抛光的基本工作原理、发展状况及存在问题。 关键词:C MP 设备 研浆 平面化技术 Advances and Problems on Chemical Mechanical Polishing Lei Hong Luo Jianbin Ma J unjie (T he S tate K ey Lab oratery of T rib ology,Tsinghua University100084) Abstract:Chemical mechanical polishing(C MP)has become widely accepted for the planarization of device interconnect structures in deep submicron semiconductor manu facturing1At present,it is the only technique kn own to provide global planarization within the wh ole wafers1The progress and problem of C MP are reviewed in the paper1 K eyw ords:CMP Equipment Slurry Planarization 1 C MP的发展、应用 随着半导体工业沿着摩尔定律的曲线急速下降,驱使加工工艺向着更高的电流密度、更高的时钟频率和更多的互联层转移。由于器件尺寸的缩小、光学光刻设备焦深的减小,要求片子表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级[1]。传统的平面化技术如基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃S OG、低压C VD、等离子体增强C VD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积—腐蚀—淀积等,这些技术在IC工艺中都曾获得应用。但是,它们虽然也能提供“光滑”的表面,却都是局部平面化技术,不能做到全局平面化。目前,已被公认的是,对于最小特征尺寸在0135μm及以下的器件,必须进行全局平面化,为此必须发展新的全局平面化技术。 90年代兴起的新型化学机械抛光(Chem ical M echanical P olishing,简称C MP)技术则从加工性能和速度上同时满足了圆片图形加工的要求。C MP技术是机械削磨和化学腐蚀的组合技术,它借助超微粒子的研磨作用以及浆料的化学腐蚀作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦表面[2、3]。C MP技术对于器件制造具有以下优点[1]: (1)片子平面的总体平面度:C MP工艺可补偿亚微米光刻中步进机大像场的线焦深不足。 (2)改善金属台阶覆盖及其相关的可靠性:C MP 工艺显著地提高了芯片测试中的圆片成品率。 (3)使更小的芯片尺寸增加层数成为可能:C MP 技术允许所形成的器件具有更高的纵横比。 因而,自从1991年美国I BM公司首先将C MP工艺用于64Mb DRAM的生产中之后,该技术便顺利而迅速地在各种会议和研究报告中传播,并逐步进入工业化生产[4、5]。目前美国是C MP最大的市场,它偏重于多层器件,欧洲正在把C MP引入生产线,而日本和亚太地区将显著增长,绝大多数的半导体厂家采用了金属C MP,而且有能力发展第二代金属C MP工艺。据报道[6],1996年日本最大十家IC制造厂家中,有七家在生产0135μm器件时使用了C MP平坦化工艺,韩国和台湾也已开始C MP在内的亚微米技术。近年来,C MP发展迅猛,在过去三年中,化学机械抛光设备的需求量已增长了三倍,并且在今后的几年内,预计C MP设备市场仍将以60%的增长幅度上升。C MP 技术成为最好也是唯一的可以提供在整个硅圆晶片上全面平坦化的工艺技术,C MP技术的进步已直接影响着集成电路技术的发展。 C MP的研究开发工作已从以美国为主的联合体SE M ATECH发展到全球,如欧洲联合体J ESSI,法国研究公司LETI和C NET,德国Fraunhofer研究所等[7],日本和亚洲其它国家和地区如韩国、台湾等也在加速研究与开发,并呈现出高竞争势头。并且研究从居主导地位的半导体大公司厂家的工艺开发实验室正扩展到设备和材料供应厂家的生产发展实验室。 C MP技术的应用也将从半导体工业中的层间介质(I LD),绝缘体,导体,镶嵌金属W、Al、Cu、Au,多晶硅,硅氧化物沟道等的平面化[8],拓展到薄膜存贮磁盘,微电子机械系统(MFMS),陶瓷,磁头,机械磨具,精密阀门,光学玻璃,金属材料等表面加工领域。

化学机械抛光的主要要素

孔洞和Te原子在快速可逆相变过程中起重要作用 日前Gartner发布的2017年全球半导体市场初步统计显示,三星去年在全球半导体市场的份额达到14.6%,首次超越英特尔公司成为全球最大芯片制造商。去年全球半导体收入为4197亿美元,同比增长22.2%。供应不足局面推动存储芯片收入增长64%,它在半导体总收入中的占比达到31%。除了三星首度登上全球第一大半导体厂,SK海力士跃居全球第3,美光排名也跃升至第4位。供应不足引发的价格上涨成为了推动存储芯片收入增长的关键动力。 在半导体存储器中,市场主导的三种存储器技术为动态随机存储器(DRAM)、闪存(Flash)和静态随机存储器(SRAM)。随着工艺技术节点推进至45nm 以下,目前这三种存储器技术都已经接近各自的基本物理极限,DRAM的进一步发展对光刻精度提出了巨大挑战;Flash中电容变得异常的高和薄,为了延伸进一步提升密度,Flash 的栅介质必须选用高k值的材料;而SRAM 则随着工艺的演进开始面临信噪比和故障率方面的挑战。 相变存储器就是基于O v s h i n s k y效应的元件,被命名为O v s h i n s k y电效应统一存储器.(O v s h i n s k y [3]首次描述了基于相变理论的存储器,材料在非晶态—晶态—非晶态相变过程中,其非晶态和晶态呈现不同的光学和电学特性,因此可以用非晶态代表“0”,晶态代表“1”实现信息存储,这被称为O v s h i n s k y电子效应。) 相变存储器利用电能(热量)使相变材料在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间相互转换,实现信息的读取、写入和擦除,工作原理是将数据的写入和读取分为3个过程——分别是“设置(Set )”、“重置(Res et )”和“读取(Re ad)”。“Se t”过程就是施加一个宽而低的脉冲电流于相变材料上,使其温度升高到晶化温度T x以上、熔点温度T m以下,相变材料形核并结晶,此时相变材料的电阻较低,代表数据“1”。“R e s e t”过程就是施加一个窄而强的脉冲电流于相变材料上,使其温度升高到熔点温度T m以上,随后经过一个快速冷却的淬火过程(降温速率> 109K / s),相变材料从晶态转变成为非晶态,此时相变材料的电阻很高,代表数据“0”。“Re ad”过程则是在器件2端施加低电压,如果存储的数据是“0”,那么器件的电阻较高,因而产生的电流较小,所以系统检测到较小的电流回馈时就判断是数据“0”;如果存储的数据是“1”,那么器件的电阻较低,因而产生的电流较大,所以系统检测到较大的电流回馈时就判断是数据“1” 早期的相变存储材料由于结晶时会发生相变分离等原因,晶速率较慢(约微秒量级),如碲(T e)基合金,而到20世 纪80年代初,科研人员发现了一批具有高速相变能力、晶态和非晶态具有明显光学性质差异的相变材料,其中G e - S b - T e体系是最成熟的相变材料,G e -S b - T e合金结晶速度快,因此写入和擦除速度都非常快,能够满足高速存储性能的要求,由I n t e l和意法半导体(STMicroelectronics)组建的恒忆(Numo n yx)公司开发的相变存储器(图2)就基于Ge-Sb-Te合金 相变材料在非晶态和晶态之间的纳秒级相变导致的电阻巨大差异是相变存储器的进行数据储存的重要依据。虽然很多材料在固态时都具有多重相态,但并不是所有的这些材料都具备相变材料的特征。首先,材料在非晶态与晶态之间的电阻差异要大,才可以满足相变存储器的数据储存要求,比如王国祥[9]测量了Ge-Sb-Te薄膜的电阻,从GST薄膜的R-T曲线(图4)可以看到,非晶态- f c c - h e x的两个转变温度分别为168℃和约300℃,非晶与h e x结构的薄膜电阻率相差约为6个数量级,非晶与f c c结构则相差4个数量级,这样的电阻差异就能够满足存储要求;其次,材料的结晶速度要很快(纳秒级),且相变前后材料的体积变化要小,晶态和非晶态可循环次数高,以保证数据能够高速重复写入,这就意味着用作存储材料可以获得更快的操作速度;最后对材料的热稳定性也有一定要求,结晶温度足够高,材料的热稳定性会好,以保证相变存储器可以在较高的温度下工作,数据才能够保存足够长时间,但是结晶温度过高也会带来负面影响,比如需要更高的操作电压或电流等。 首先,在相变存储单元中,选通器件(MOS 晶体管或二极管)的驱动能力是有限的(0.5 mA/m),而器件RESET 操作固有的能耗决定了器件的能量效率,因此我们需要降低相变材料层中有效相变区域的非晶化电流,以降低器件操作驱动的难度,有效降低器件的操作功耗;其次,GST 材料本身的结晶温度过低,造成了材料的非晶态热稳定性较差的问题,使GST 材

CMP化学机械抛光Slurry的蜕与进

CMP Slurry的蜕与进 岳飞曾说:“阵而后战,兵法之常,运用之妙,存乎一心。”意思是说,摆好阵势以后出战,这是打仗的常规,但运用的巧妙灵活,全在于善于思考。正是凭此理念,岳飞打破了宋朝对辽、金作战讲究布阵而非灵活变通的通病,屡建战功。如果把化学机械抛光(CMP,Chemical Mechanical Polishing)的全套工艺比作打仗用兵,那么CMP工艺中的耗材,特别是slurry的选择无疑是“运用之妙”的关键所在。 2006年,托马斯?弗里德曼的专著《世界是平的》论“越来越平”的IC制造? 述了世界的“平坦化”大趋势,迅速地把哥伦布苦心经营的理论“推到一边”。对于IC制造来说,“平坦化”则源于上世纪80年代中期CMP技术的出现。 CMP工艺的基本原理是将待抛光的硅片在一定的下压力及slurry(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面材料的去除,并获得光洁表面(图1)。 1988年IBM开始将CMP工艺用于4MDRAM器件的制造,之后各种逻辑电路和存储器件以不同的发展规模走向CMP。CMP将纳米粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来,满足了特征尺寸在0.35μm以下的全局平坦化要求。目前,CMP技术已成为几乎公认的惟一的全局平坦化技术,其应用范围正日益扩大。 目前,CMP技术已经发展成以化学机械抛光机为主体,集在线检测、终点检测、清洗等技术于一体的CMP技术,是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺发展的产物。同时也是晶圆由200mm向300mm乃至更大直径过渡、提高生产率、降低制造成本、衬底全局平坦化所必需的工艺技术。 Slurry的发展与蜕变?“CMP技术非常复杂,牵涉众多的设备、耗材、工艺等,可以说CMP本身代表了半导体产业的众多挑战。”安集微电子的CEO王淑敏博士说,“主要的挑战是影响CMP工艺和制程的诸多变量,而且这些变量之间的关系错综复杂。其次是CMP的应用范围广,几乎每一关键层都要求用到CMP 进行平坦化。不同应用中的研磨过程各有差异,往往一个微小的机台参数或耗材的变化就会带来完全不同的结果,slurry的选择也因此成为CMP工艺的关键之一。” CMP技术所采用的设备及消耗品包括:抛光机、slurry、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等。其中slurr y和抛光垫为消耗品。Praxair的研发总监黄丕成博士介绍说,一个完整的CMP工艺主要由抛光、后清洗和计量测量等部分组成。抛光机、slurry和抛光垫是CMP工艺的3大关键要素,其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面平整水平(图2)。

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