半导体工业中的化学机械抛光(CMP)技术.pdfVIP

维普资讯 2000年第 4期 湖北化I 7 半导体工业中的化学机械抛光 (CMP)技术 曹丽梅 ．胡岳华．徐 兢 ．覃文庆 (中南工业大学矿物工程 系．湖南 长沙 410083) 摘 要 ：介绍 了半导体工业 中蓬勃发展 的化学机械抛光(CMP)技术。重点叙述 了CMP技术所采用 的设备厦消耗 品．CMP过程机理 ．抛光 片的检测厦影 响抛光 片质 量的因素 ，CMP技 术的应用厦 发展 趋势。 关键词 ：CMP技术 ；半导体工业；SiO 研浆 中圈分类号 ：TQ153 文献标识码 ：A 文章编号：1O04—0404(2000)04 OOO7 O3 1 前言 为 9．5～11．0。SiO8浓度为 1．5 ～50 。由于 SiO 2o世纪 60年代 以前，半导体基片抛光还大都沿 硬度和硅单晶硬度相似 (莫 氏硬度均为 7)，所 以机械 用机械抛光 ，得到 的镜面表面损伤是极其严重 的。 磨消作用较少，使机械损伤大大减少。 I965年 Walsh和 Herzog提 出SiO2溶胶和凝胶抛光 后 ，以SiO 浆料为代表的化学机械抛光工艺就逐渐代 替了以上旧方法 化学机械抛光 (Chemical—mechanicalpolishing)， 简称 CMP，是 目前能提供超大规模集成 电路 (VISD 制造过程中全面平坦化的一种新技术 用这种方法可 以真正使整个硅 圆晶片表面平坦化”，而且具有加工 图 1 一种 CMP设备筒 图 方法简单、加工成本低等优点。 在 CMP设备方面 ，美 国 IPEC—Planar公司生产 2 CMP技术设备及消耗品 的IPEC372一U、472、672型CMP设备，都是单头、单 CMP技术 一所采用的设备及消耗品包括 ：CMP 板抛光工艺。672一lI型有两个抛 光模块，生产能力 设备、研浆 、抛光垫 、后 CMP清洗 设备 、抛光终点检测 40～5O片／h}四个抛光模块 ，生产能力 80～100片／h。 及工艺控制设备、研浆分布系统、废物处理和测量设备 英 国 Logiteeh公司推 出CP3000CMP设备 ，可加工 等。其中研浆和抛光垫为消耗 品，其余为抛光及辅助 0．2032m圆片，从去胶开始全部 由机械手操作，使圆 设备。图1给出了一种抛光机的简图。其基本组成部 片受损最小 日本东芝机械公司推 出CMS一200型 分是一个转动着的圆盘和一个圆晶片固定装置 两者 单片式 CMP设备，可加工 0．1524／0．2032m 圆片 ，生 都可施力于圆晶片并使其旋转 ，在含有胶状二氧化硅 产能力 2O片／h，加压具有 自动分级功能，在抛光同时 悬浮颗粒的氢氧化钾溶液研浆的帮助下完成抛光 ，用 会 自动清洗 ，甩干。 一 个 自动研浆添加系统就可保证抛光垫湿润程度均 抛光垫一般是聚氨酯等聚台物类材料。 匀 ，适当地送人新研浆及保持其成分不变。 CMP工艺过程中的关键要素是研浆 、抛光垫和抛 3 化学机械抛光机理 光机。CMP研浆的基本形式是 由一个 SiO 抛光剂和 已有的研究表 明，化学机械抛光过程是化学作用 、 一 个碱性组分水溶液组成 SiO 颗粒要求范围为 1～ 磨削作用及吸附效应同时作用的过程 下面将以硅晶 片的化学机械抛光工艺为例具体 阐述 。 100nm，碱性组成一般使用 KOH、氨或有机胺 ，pH值 基金项 目：湖南省中青年