文章來源：Tom聊芯片智造

原文作者：芯片智造

化學(xué)機(jī)械研磨工藝操作的基本介紹以及其比單純物理研磨的優(yōu)勢介紹。

化學(xué)機(jī)械研磨 (CMP)，全名Chemical Mechanical Polishing或Chemical Mechanical Planarization，是一種全局平坦化工藝，幾乎每一座晶圓廠都會(huì)用到，在現(xiàn)代半導(dǎo)體制造中十分重要。

cmp工藝是什么？

顧名思義，cmp不是單純的物理磨削。它結(jié)合了化學(xué)腐蝕和機(jī)械研磨兩種方式，以達(dá)到去除表面不平整材料、實(shí)現(xiàn)原子級(jí)平整的目的。

拋光液被不斷地滴在拋光墊上，拋光液中的化學(xué)成分先與晶圓表面要去除的材料發(fā)生輕微化學(xué)反應(yīng)，使其軟化，然后拋光頭施加壓力，并和拋光墊發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，物理性地除去反應(yīng)物,達(dá)到整平目的。

為什么要使用cmp，單純物理研磨不行嗎？

cmp主要是用來全局平坦化的，如果沒有cmp，甚大規(guī)模集成電路（ULSI）的生產(chǎn)就無法進(jìn)行。因?yàn)橐粋€(gè)芯片有幾十上百層，每一層都要達(dá)到原子層級(jí)的平整。如果不進(jìn)行cmp工序，晶圓表面的上下起伏很大，導(dǎo)致無法繼續(xù)進(jìn)下一工序。就像蓋一棟幾百層的房子，哪怕每層前后差一塊磚的厚度，幾百層下來房子也是要蓋歪的。

在芯片制造中，單純的物理研磨是不行的。因?yàn)閱渭兊奈锢硌心?huì)引入顯著的機(jī)械損傷，如劃痕和位錯(cuò)，且無法達(dá)到所需的平整度，因此不適用于芯片制造。

cmp機(jī)臺(tái)構(gòu)造？

我將先進(jìn)的cmp機(jī)臺(tái)分為8大系統(tǒng)：拋光系統(tǒng)，清洗系統(tǒng)，終點(diǎn)檢測系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)，物料供應(yīng)與廢液處理系統(tǒng)，環(huán)境控制系統(tǒng)。

拋光系統(tǒng)：由拋光頭，拋光墊，拋光盤，修正器等組成

清洗系統(tǒng)：在拋光后清洗晶圓，去除殘留的拋光液和拋光產(chǎn)生的碎屑。

終點(diǎn)檢測系統(tǒng)：監(jiān)測拋光狀態(tài)，判斷何時(shí)達(dá)到預(yù)定的拋光終點(diǎn)。

控制系統(tǒng)：軟件，用于控制和監(jiān)視所有拋光參數(shù)和機(jī)臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)。

傳輸系統(tǒng)：負(fù)責(zé)晶圓的裝載、定位以及在機(jī)臺(tái)內(nèi)的傳輸。

物料供應(yīng)與廢液處理系統(tǒng)：負(fù)責(zé)輸送拋光液至拋光墊上，以及處理和回收使用過的拋光液和清洗水。

環(huán)境控制系統(tǒng)：控制機(jī)臺(tái)周圍的環(huán)境，如溫濕度控制，排氣等

cmp工序中有哪些參數(shù)可以調(diào)整？

CMP工序中需要優(yōu)化許多變量。除了薄膜類型和圖案密度等晶圓變量外，CMP 可以控制的參數(shù)還包括：時(shí)間、壓力（施加到晶圓和拋光墊上的力）、拋光頭及拋光盤速度、溫度、拋光液供給速率、拋光液種類，拋光墊彈性、拋光墊硬度等。

cmp可以拋光哪些材質(zhì)？

金屬材料：包括Al，W,Cu等互連層；Ti，TiN,Ta,TaN等阻擋層。

介質(zhì)材料：SiO2，PSG,BPSG，SiNx,Al2O3等。

半導(dǎo)體材料：Si,GaN,SiC，GaAs，InP等等。

審核編輯：湯梓紅