化學機械拋光（CMP）是什么？主要應用在哪？

2021-11-24 17:21:38 作者：C-C 8881

1 CMP是什么

CMP英文全稱是Chemical Mechanical Polishing，中文是化學機械拋光，也被稱作Chemical Mechanical Planarization（化學機械平坦化），是一種制作半導體器件制造工藝，主要作用是對正在加工中的晶圓進行平坦化處理。融合化學作用與機械研磨技術去除被拋光工件表面微米或納米級的材料，達到表面高度平坦化。

2 CMP工作原理

CMP與光刻、刻蝕、離子注入、PVD / CVD一起被稱為集成電路制造核心的五大關鍵技術。CMP工作原理是在一定壓力下和拋光液的作用下，使得被拋光的晶圓對拋光墊做相對運動，加之有機結合納米磨料的機械研磨作用和氧化劑、催化劑等的化學腐蝕作用，使得物質能夠從晶圓表面漸漸一層一層的剝離，讓被拋光的晶圓表面實現高度平坦化、低表面粗糙度與低缺陷。

CMP

3 CMP拋光工藝考量標準

平均磨除率：在標準時間內磨除材料的厚度

平整度和均勻性：平整度是硅片某處CMP前后臺階高度之差占CMP前臺階高度的百分比

選擇比：對不同材料的拋光速率是影響硅片平整度和均勻性的重要因素

表面缺陷：CMP工藝造成的硅片表面缺陷包括擦傷或溝、凹陷、侵蝕、殘留物和顆粒污染

設備過程變量：作用壓力、硅片和拋光墊之間的相對速度、拋光時間、拋光區域溫度及分布

硅片：表面應力分布、圖案密度、形狀

拋光液：化學性質、成分、ph 值;粘度、溫度、供給速度﹔磨粒尺寸、分布、硬度、形狀

拋光墊：材料、密度、物理化學性質﹔硬度、厚度、粗糙度;結構、表面形態、穩定性

4 CMP的應用

CMP主要用在單晶硅片制造和前道制程環節:

(1)在單晶硅片制造環節，單晶硅片通過化學腐蝕減薄后粗糙度10-20μm，在進行粗拋光、細拋光、精拋光后可將粗糙度控制在幾十個nm以內，一般單晶硅片需要2次以上的拋光。

(2)在前道制程中，從加工過程中最初的STI (淺溝槽隔離層)到ILD (層間介質)再到Metal 金屬互連層再到后期的TM (頂層金屬)都需要用到。而根據拋光薄膜種類的不同，前道CMP可以分為金屬薄膜CMP、氧化硅薄膜CMP。金屬薄膜CMP主要包括鎢&鎢阻擋層CMP、銅&銅阻擋層CMP、鋁CMP等;氧化硅薄膜CMP主要包括層間介質層CMP、淺溝槽CMP等。

在集成電路制造過程中，晶圓需要經過清洗、熱氧化、光刻、刻蝕等多個流程，CMP技術就在“化學機械研磨”這一流程中得到應用，根據不同工藝制程和技術節點的要求，每一片晶圓在生產過程中都會經歷幾道甚至幾十道的CMP拋光工藝步驟。

CMP工作原理