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化学机械抛光(CMP)简介

浏览次数: 日期:2015-05-26

化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing, CMP),又称化学机械平坦化 Chemical-Mechanical Planarization),是半导体器件制造工艺中的一种技术,使用化学腐蚀及机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理。

化学机械平坦化是表面全局平坦化技术中的一种,既可以认为是化学增强型机械抛光也可以认为是机械增强型湿法化学刻蚀。该工艺使用具有研磨性和腐蚀性的磨料,并配合使用抛光垫支撑环。抛光垫的尺寸通常比硅片要大。抛光垫和硅片被一个可活动的抛光头压在一起,而塑料的支撑环则用于保持硅片的位置。硅片和抛光垫同时转动(通常是以相反的方向转),但是它们的中心并不重合。在这个过程中硅片表面的材料和不规则结构都被除去,从而达到平坦化的目的。平面化后的硅片表面使得干法刻蚀中的图样的成型更加容易。平滑的硅片表面还使得使用更小的金属图样成为可能,从而能够提高集成度。

化学机械平坦化是在机械抛光的基础上根据所要抛光的表面加入相应的化学添加剂从而达到增强抛光和选择性抛光的效果。

磨料是平坦化工艺中研磨材料和化学添加剂的混合物,研磨材料主要是石英二氧化铝氧化铈,其中的化学添加剂则要根据实际情况加以选择,这些化学添加剂和要被除去的材料进行反应,弱化其和分子联结,这样使得机械抛光更加容易。在应用中的通常有氧化物磨料、金属磨料、金属磨料以及一些特殊应用磨料。

CMP技术早期主要应用于光学镜片抛光晶圆的抛光。20世纪70年代,多层金属化技术被引入到集成电路制造工艺中,此技术使芯片的垂直空间得到有效的利用,并提高了器件的集成度。但这项技术使得硅片表面不平整度加剧,由此引发的一系列问题(如引起光刻胶厚度不均进而导致光刻受限)严重影响了大规模集成电路LSI)的发展。针对这一问题,业界先后开发了多种平坦化技术,主要有反刻玻璃回流旋涂膜层等,但效果并不理想。80年代末,IBM公司将CMP技术进行了发展使之应用于硅片的平坦化,其在表面平坦化上的效果较传统的平坦化技术有了极大的改善,从而使之成为了大规模集成电路制造中有关键地位的平坦化技术。

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