工作臺(tái)在電機(jī)的帶動(dòng)下以一定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng),拋光墊粘在工作臺(tái)上,硅片吸附在背膜上,背膜在夾持頭的帶動(dòng)下,也以一定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)"同時(shí),機(jī)械壓力通過夾持頭!背膜和拋光液中的磨料將硅片壓在浸滿拋光液的拋光墊上,在拋光墊的帶動(dòng)下,夾持頭!背膜和硅片以相對(duì)于拋光墊同樣的速率沿與拋光墊相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)"拋光液以一定的速率流到拋光墊上,在拋光墊的傳輸和離心力的作用下均勻的分布到拋光墊上,在硅片和拋光墊之間形成一層液體薄膜,這層膜起質(zhì)量傳輸和傳遞壓力的作用,液體中的化學(xué)成分與硅片產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),將不溶物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶物質(zhì)(化學(xué)反應(yīng)過程),然后通過機(jī)械摩郭權(quán)鋒:二氧化硅介質(zhì)層C倒P[拋光液配方研究擦將這些易溶物從硅片表面去掉,溶入流動(dòng)的液體中帶(機(jī)械去除過程),這兩個(gè)過程的結(jié)合就可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)機(jī)械拋光,使拋光物表面達(dá)到平整化的要求"CMP技術(shù)所采用的設(shè)備及消耗品包括:CMP設(shè)備!拋光液!拋光布!后清洗設(shè)備!拋光終點(diǎn)檢測設(shè)備等"其中拋光液和拋光布是消耗品,其余為拋光及輔助設(shè)備"CMP工藝過程中的關(guān)鍵要素是拋光液!拋光布和拋光機(jī)l[-]"

　　介質(zhì)層CMp簡介

　　CMpl藝中應(yīng)用廣的是ILD層間介質(zhì)拋光(包括:5102!BpSG!PSG!pol抑ers!S人工智能從orSiox 姚!Aeorge)sl,510:是常用的層間介質(zhì)材料,因此對(duì)它的研究也成為目前研究工作的重點(diǎn)e1["因?yàn)?10:介質(zhì)中硅是比較高價(jià)四價(jià),且 510:的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,所以不能利用硅片拋光中采用的氧化還原反應(yīng)方法"目前常用的方法是以510:為磨料的硅溶膠拋光法和以Ceo:為磨料的拋光方法"而510:又分為沉積5102和氣相510:兩種,通常來講它們之間的材料去除率關(guān)系是:CeO>2沉積510>氣相5102,在相同條件下,CeO:的拋光速率大約是510:的3倍"一般情況下,沉積5102的粒徑比較大,而且有尖銳的棱角,因此它的高去除率歸因于它的機(jī)械作用"對(duì)于 CeOZ來講,它的濃度要小于5102,因此它的高拋光速率不是源于機(jī)械作用是由于化學(xué)作用[zll"然而,高去除率并不等于高平整,對(duì)于Ceo:來說, 它不光對(duì)較高區(qū)域拋光速率較高,而且較低區(qū)域的拋光速率也較高,因此它的高低選擇比就比較差"但由于它的高去除率的好的點(diǎn),有一些介質(zhì)層的拋光選擇ce02 磨料"通常,磨料在拋光液中的質(zhì)量百分比是1%一巧%113]"對(duì)于小粒徑磨粒拋光液來說,其磨料在拋光液中的質(zhì)量百分比是10%一30%"二氧化硅層間介質(zhì)層CMP可分為兩個(gè)基本過程"化學(xué)反應(yīng)過程,表面層首先水解形成水合層,水合層進(jìn)一步與拋光液中的化學(xué)成分作用形成易溶于水的產(chǎn)物;機(jī)械作用過程,反應(yīng)產(chǎn)物在壓力!拋光布磨料的摩擦作用下從表面去除掉,兩個(gè)反應(yīng)過程中較慢的過程決定終的拋光速率"試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,后者速率一般低于前者,由它決定拋光的速率"并且拋光中材料去除速率較高時(shí),表面平整度與完美性均較好"因此如何提高反應(yīng)產(chǎn)物去除速率成為提高拋光速率的重點(diǎn)"目前,有關(guān)ILDCMP技術(shù)應(yīng)用的公司主要集中在日本和歐美地區(qū),如:日本見株式會(huì)社,美國Cobat,Rdoel等公司他們的拋光檢測設(shè)備!拋光液的質(zhì)量(分散性!流動(dòng)性)都比較好,但是在拋光液研制方面也存在一些問題:對(duì)介質(zhì)膜進(jìn)行拋光時(shí),這些公司大多采用大粒徑磨料(130nnl左右)來提高拋光過程中的機(jī)械作用,以此提高拋光

　　速率,進(jìn)而提高生產(chǎn)效率"但是這種方法也同時(shí)產(chǎn)生了表面劃傷嚴(yán)重!拋光液分散性差!金屬離子沾污等問題,已很難滿足下一代cI制造的要求3[]"而在0.351m以下的cI產(chǎn)大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位文章品中,CMP又是必須使用的技術(shù)"如何既提高生產(chǎn)效率又提高拋光質(zhì)量成為CMP技術(shù)早日實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵,也是整個(gè)半導(dǎo)體芯片行業(yè)亞待解決的問題"

　　CMp技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

　　化學(xué)機(jī)械拋光CMP技術(shù),初是由mM公司于80年代中期開發(fā)出的新技術(shù),1988年SEMATECH財(cái)團(tuán)開始將CMP工藝用于BIM的4MDRAM工藝"幾乎所有的半導(dǎo)體制造技術(shù)都是由大學(xué)或防護(hù)研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出,然后這種技術(shù)便順利而迅速地進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)"然而,CMP技術(shù)卻不同,該技術(shù)是由一些主要半導(dǎo)體器件和設(shè)備制造廠家們通力合作開發(fā)出的"CMP的研究開發(fā)工作過去主要集中在美國的SEMAJ毛CH,BIM等公司,現(xiàn)在已在全球范圍內(nèi)展開" 如:歐洲聯(lián)合EJSSI,法國研究公司LETI和CNET,德國Fruahnoefr研究所等都開始了在該領(lǐng)域的研究3l[]"日本及亞洲的許多地方和地區(qū)也制定了研究開發(fā)計(jì)劃"從發(fā)展趨勢來看,研究正從居主導(dǎo)地位的半導(dǎo)體大公司廠家的工藝開發(fā)研究室擴(kuò)展到設(shè)備和材料供應(yīng)廠家的生產(chǎn)發(fā)展研究室"總之,cMP己經(jīng)成為世界性的研究課題3[]"根據(jù)美國助erdoTechnofogies統(tǒng)計(jì)1990一1994年間有關(guān)CMP的技術(shù)在美國以驚人的速度增加,1994年就有150篇CMP擁有權(quán)文章發(fā)表"CMP的可貴之處在于它在多層金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)中既可對(duì)絕緣體又可對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行全局平坦化"目前,其應(yīng)用范圍已從層間介質(zhì)(IDL)CMp擴(kuò)展到鑲嵌WCMp!鑲嵌人工智能CMp!多晶硅CMP!硅氧化物溝道(S功CMP及鑲嵌CuCMP等"盡管如此,目前人們對(duì) CMP技術(shù)的了解還在定性階段,還缺少有關(guān)定量方面的研究數(shù)據(jù)"因此,定量確定比較好CMP工藝,系統(tǒng)地研究CMP工藝過程參數(shù),建立完善的CMP理論模型,滿足各種超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)對(duì)CMP工藝的不同需求,是CMP技術(shù)研究的主要方向"隨著計(jì)算機(jī)!通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展,對(duì)作為其基礎(chǔ)的集成電路的性能要求也愈來愈高,集成電路芯片增大而單個(gè)晶體管元件減小及多層集成電路芯片是發(fā)展的必然趨勢,這對(duì)cMP技術(shù)提出了更高的要求111]"在CMP設(shè)備方面,正在由單頭!雙頭拋光機(jī)向多頭拋光機(jī)發(fā)展,結(jié)構(gòu)逐步由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)向軌道拋光方法和線形拋光技術(shù)方面發(fā)展=l.]"在cMP拋光液方面,關(guān)鍵是要開發(fā)新型拋光液,能提供高的腐蝕速率,高的平整度,高的選擇性和表面均一性,同時(shí)還要有利于后續(xù)清洗過程,使得磨料粒子不能殘留在芯片表面影響集成電路性能"在應(yīng)用方面,CMP技術(shù)己經(jīng)在陶瓷!磁頭!硬磁盤!機(jī)械磨具!精密閥門!光學(xué)玻璃!金屬材料等表面加工領(lǐng)域不斷得到重視和應(yīng)用"郭權(quán)鋒:二氧化硅介質(zhì)層C州P[拋光液配方研究

　　近幾年,在外地半導(dǎo)體設(shè)備市場上,用于全局平坦化的CMP設(shè)備增長快"相應(yīng)的增長也發(fā)生在CMP輔助設(shè)備!材料等基礎(chǔ)工業(yè)市場"1993年世界CMP設(shè)備市場為7010萬美元,1994年為8410萬美元,比上年增長61%,以后每年幾乎都以60%以上的速度增長近幾年的增長情況及未來預(yù)測I-,516]見表1.1所示" 表1.1世界CMP設(shè)備市場銷售額(億美元)

　　Tab1.1ThesaleoftheCMPequiPmentofhteworid(ahundredmillion)

　　在半導(dǎo)體工業(yè)中,CMP早應(yīng)用于集成電路(lC)制造中襯底硅的粗拋和精拋,提高了硅片的拋光精度和拋光速度,從而極大地提高了硅片拋光的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本"在CI加工中CMP技術(shù)的應(yīng)用是非常頻繁的,如用于前道加工工序價(jià)notendproeess)中生產(chǎn)元器件,在后道加11序 b(akcendproeess)中用于產(chǎn)生通路!通道!平坦化層間介電膜和封裝等等"近幾年來,CMP技術(shù)已有一些新的應(yīng)用領(lǐng)域:平面顯示器!微機(jī)械系統(tǒng)!多晶片模組等等"CMP也可用于生產(chǎn)其它采用類似半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的電子元件,如傳感器!檢測器和光電攝像管的表面加工11-l"