半导体制造质料(4)-CMP质料

CMP全称为Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光，是半导体晶片外貌加工的要害手艺之一，作用是实现晶圆全局匀称平展化

。CMP在前道制程中应用最为普遍，在种种薄膜沉积工艺之后、光刻工艺之前被多次重复使用

。别的，CMP在硅片制造的抛光环节、后段封装中的先进封装中也有所应用

。

一、CMP原理：

与古板的纯机械或纯化学的抛光要领差别，CMP工艺是通过外貌化学作用和机械研磨的手艺连系起来，实现晶圆外貌微米/纳米级差别质料的去除，从而抵达晶圆外貌纳米级平展化，使下一步的光刻工艺得以举行

。

CMP历程：抛秃顶将晶圆待抛光面压抵在粗糙的抛光垫上，借助抛光液侵蚀、微粒摩擦、抛光垫摩擦等耦合实现全局平展化

。抛光盘发动抛光垫旋转，通过先进的终点检测系统对差别材质和厚度的磨蹭实现3~10nm区分率的实时厚度丈量避免过抛，更为要害的手艺在于可全局分区施压的抛秃顶，其在限制的空间内对晶圆全局的多个环状区域实现超细密可控单向加压，从而可以响应抛光盘丈量的膜厚数据调理压力控制晶圆抛光形貌，使晶圆抛光后外貌抵达超高平整度和超低外貌粗糙度

。

图1. CMP原理

CMP 系统主要质料包括抛光液和抛光垫，划分占有抛光质料本钱的 49% 和 33%

。其他抛光质料还包括抛秃顶、研磨盘、检测装备、洗濯装备等

。

图2. CMP质料细分占比

二、CMP质料种类及应用：

抛光液是一种由去离子水、磨料、PH 值调理剂、氧化剂以及疏散剂等添加剂组成的水溶性试剂

。在抛光的历程中，抛光液中的氧化剂等因素与硅片外貌质料爆发化学反应，在外貌爆发一层化学反应薄膜，后由抛光液中的磨粒在压力和摩擦的作用下将其去除，最终实现抛光

。抛光液可凭证应用工艺环节、配方中磨粒、PH 值的差别举行分类

。

凭证应用工艺环节的差别，可分为硅抛光液、铜抛光液、阻挡层抛光液、钨抛光液、钴抛光液、介质层（TDL）抛光液、浅槽隔离（STI）抛光液和硅通孔（TSV）抛光液

。其中，硅抛光液多用于硅片的起源加工和打磨，铜抛光液和阻挡层抛光液用于对铜及其阻挡层的抛光，钨抛光液用于通孔及接触孔工艺，在存储芯片制造中普遍应用，钴抛光液多用于 10 nm 以下制程的芯片制造，硅通孔抛光液主要用于3D封装工艺

。

表1. CMP抛光液产品及应用

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凭证抛光液配方中磨粒的差别，可分为二氧化硅、氧化铈、氧化铝磨粒等三大类

。二氧化硅磨；钚郧俊⒁子谙村沂枭⑿约把≡裥院，多用于硅、SiO2层间介电层的抛光

。弱点是硬度大，容易对硅片外貌造成损伤，且抛光效率较低

。氧化铝磨粒抛光效率高，但硬度强、选择性低且团圆严重，因此抛光液中常需加入种种稳固剂和疏散剂，导致成内情对较高

。氧化铈磨粒硬度低，抛光效率高，平展度高，清洁无污染，但团圆严重，也需加入种种稳固剂和疏散剂，且铈属于有数金属，本钱较高

。

凭证 PH 值的差别，可分为酸性抛光液和碱性抛光液

。酸性抛光液具有抛光效率高、可溶性强等优点，多用于对铜、钨、铝、钛等金属质料举行抛光

。其弱点是侵蚀性较大，对抛光装备要求高，以是常选择向抛光液中添加抗蚀剂（BTA）提高选择性，但 BTA的添加容易降低抛光液的稳固性

。差别于酸性抛光液，碱性抛光液具有侵蚀性小、选择性高等优点，大都用于抛光硅、氧化物及光阻质料等非金属质料

。碱性抛光液的弱点也较为显着，由于禁止易找到在弱碱性中氧化势高的氧化剂，以是抛光效率较低

。

抛光垫是认真运送和容纳抛光液的要害部件

。在抛光的历程中，抛光垫具有把抛光液有用匀称地运送到抛光垫的差别区域、扫除抛光后的反应物、碎屑等、维持抛光垫外貌的抛光液薄膜，以便化学反应充分举行、坚持抛光历程的平稳、和晶圆片外貌稳固形等功效

。

抛光垫可以凭证是否含有磨料、材质和外貌结构的差别举行分类

。凭证抛光垫是否含有磨料，抛光垫可分为有磨料抛光垫和无磨料抛光垫；凭证材质的差别，也可分为聚氨酯抛光垫、无纺布抛光垫和复合型抛光垫；凭证外貌结构的差别，又可分为平面型抛光垫、网格型抛光垫

。

图3. 差别芯片制程对应CMP抛光次数

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