半导体CMP工艺介绍ppt课件
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cmp生产工艺
cmp生产工艺
CMP（Chemical Mechanical Polishing）是一种常用的半导体集
成电路制造工艺，主要用于平整化和光洁度提高。
它通过机械摩擦和化学反应的结合，使表面凸起的材料被磨平，达到所需的表面粗糙度和平整度。
CMP工艺的主要步骤包括研磨、抛光和清洗三个过程。
首先，使用研磨机或机械研磨工艺，去除掉硅片表面的杂质和粗糙度，使表面平整度提高；然后，将硅片放入抛光机中，使用抛光盘来进行抛光，通过旋转的抛光盘和硅片之间的接触和摩擦，将硅片表面的凸起物质逐渐磨去，直到达到所需的平整度；最后，进行清洗工艺，将抛光产生的残留物和污染物清除干净，使硅片表面光洁度提高。
CMP工艺具有许多优点。
首先，它可以适应不同材料的抛光
需求，包括硅、氮化硅、光刻胶等。
其次，它可以实现高度的平坦度和精确的厚度控制，以满足微观尺寸的要求。
同时，CMP工艺还可以在不同硬度的材料之间进行抛光，如金属与
二氧化硅的抛光。
此外，它可以有效地减少表面缺陷，提高器件的可靠性。
然而，CMP工艺也存在一些问题和挑战。
首先，由于抛光过
程中需要使用化学物质和磨料，对环境造成一定的污染。
其次，CMP工艺具有一定的成本和复杂性，需要高精度的设备和严
格的操作控制。
此外，抛光过程中产生的摩擦和热量会导致一些材料的损伤和失效。
综上所述，CMP生产工艺是一种非常重要的半导体制造工艺，它能够实现表面平整化和光洁度的提高。
虽然存在一些问题和挑战，但通过不断的研究和改进，CMP工艺将继续在半导体
制造领域发挥重要作用，并对高性能电子器件的制造起到关键作用。
半导体-第十四讲-CMP
抛光压力：在抛光过程中，压力必须分布均匀，会造成表面各 点的抛光速率不同，引起缺陷
抛光液流量：如果抛光液流量过低,不能及时带走抛光下来的化 学反应物, 如果抛光液流量过高，不经济
抛光时间：为防止过抛,根据去除率选择抛光时间,一般为1一3 分钟
抛光液
抛光液的成分决定着抛光液的性能,抛光液中 的化学成分主要用于加强抛光去除率及钝化保护 凹处。影响其成分的主要因素有络合剂、表面活 性剂、氧化剂、pH值、磨料
表面材料与磨料发生化学反应生成一层 相对容易去除的表面层，这一表面层通过磨 料中的研磨剂和研磨压力与抛光垫的相对运 动被机械地磨去。
在化学机械研磨的处理过程中，晶片表面薄膜与研磨剂， 研磨垫相互运动的机制里，包含了机械与化学作用。因此 在同样的机台下，配合晶片表面薄膜的材料特性。可能需 要不同的研磨剂与研磨垫的组合，才能获取工艺的最佳状 况。然而从实际生产的角度而言，主要的应用是在晶片后 段工艺介质膜的平坦化。
为了满足上述工艺的目标，第一代CMP机台功能已 具备：(1)以热交换系统，控制研磨平台的常温状 况；(2)精确控制与均匀的晶片施压；(3)精确控 制旋转速率；(4)维持机台乾净；(5)晶片装卸自 动化。最早完成的商品化设备为IPEC／Westech 372系列产品。此372系列可略分为9种功能：(1) 电脑监控及显示；(2)研磨剂帮浦与流量控制；(3) 研磨平台及排放：(4)卸晶片区：(5)上晶片区； (6)载具清洁区：(7)研磨垫整容器：(8)主臂驱动 装置；(9)研磨主旋臂。IPEC／Westech因为成功 开发出这种化学机械抛光设备，在1995年时拥有 全球75％以上市场。
对于钨CMP工艺，氧化铝(矾土)是最常用的 研磨料，由于它比其他大多数研磨料都更 接近于钨的硬度。钨通过不断的，自限制 的钨表面的氧化和随之以后的机械研磨被 去除。这种膏剂形成含水钨氧化物，被数 量级为200nm的氧化铝颗粒选择性去除。已 经表明，对于典型的CVD钨，当膜变薄时去 除速率增加。这与钨晶粒尺寸的改变相关。
抛光液流量：如果抛光液流量过低,不能及时带走抛光下来的化 学反应物, 如果抛光液流量过高，不经济
抛光时间：为防止过抛,根据去除率选择抛光时间,一般为1一3 分钟
抛光液
抛光液的成分决定着抛光液的性能,抛光液中 的化学成分主要用于加强抛光去除率及钝化保护 凹处。影响其成分的主要因素有络合剂、表面活 性剂、氧化剂、pH值、磨料
表面材料与磨料发生化学反应生成一层 相对容易去除的表面层，这一表面层通过磨 料中的研磨剂和研磨压力与抛光垫的相对运 动被机械地磨去。
在化学机械研磨的处理过程中，晶片表面薄膜与研磨剂， 研磨垫相互运动的机制里，包含了机械与化学作用。因此 在同样的机台下，配合晶片表面薄膜的材料特性。可能需 要不同的研磨剂与研磨垫的组合，才能获取工艺的最佳状 况。然而从实际生产的角度而言，主要的应用是在晶片后 段工艺介质膜的平坦化。
为了满足上述工艺的目标，第一代CMP机台功能已 具备：(1)以热交换系统，控制研磨平台的常温状 况；(2)精确控制与均匀的晶片施压；(3)精确控 制旋转速率；(4)维持机台乾净；(5)晶片装卸自 动化。最早完成的商品化设备为IPEC／Westech 372系列产品。此372系列可略分为9种功能：(1) 电脑监控及显示；(2)研磨剂帮浦与流量控制；(3) 研磨平台及排放：(4)卸晶片区：(5)上晶片区； (6)载具清洁区：(7)研磨垫整容器：(8)主臂驱动 装置；(9)研磨主旋臂。IPEC／Westech因为成功 开发出这种化学机械抛光设备，在1995年时拥有 全球75％以上市场。
对于钨CMP工艺，氧化铝(矾土)是最常用的 研磨料，由于它比其他大多数研磨料都更 接近于钨的硬度。钨通过不断的，自限制 的钨表面的氧化和随之以后的机械研磨被 去除。这种膏剂形成含水钨氧化物，被数 量级为200nm的氧化铝颗粒选择性去除。已 经表明，对于典型的CVD钨，当膜变薄时去 除速率增加。这与钨晶粒尺寸的改变相关。
半导体cmp工艺
半导体cmp工艺
半导体CMP工艺是指半导体制造过程中的一种重要工艺，全称为化学机械抛光（Chemical Mechanical Planarization，简称CMP）。
其目的是通过磨料颗粒机械摩擦和化学反应的双重作用，将半导体表面微不足道地去除一层薄膜，以达到平整化、镜面化的目的。
CMP工艺具有非常广泛的应用，可以用于晶圆制备、化合物半导体器件加工、光学器件制造等领域。
半导体CMP工艺最核心的部分是机械抛光机。
一般来说，机械抛光机包括一个圆形工件，它与一个运动的抛光盘进行摩擦。
抛光盘同时也有一个旋转中心，通常与工件的旋转中心重合。
工件在抛光盘上进行旋转，旋转方向与抛光盘相反。
抛光盘快速旋转，使得机械磨料和化学液体均匀分布在工件表面，并在高压力下与工件表面摩擦，将表面的不平整部分磨平。
同时，化学液体中的酸碱物质可以针对不同的化合物进行反应，达到减少表面受损、提高表面平整度的效果。
半导体CMP工艺在半导体器件加工中的应用非常广泛。
例如，CMP可以在多晶硅上去除非常细微的污染物，并使表面变得更具平整、镜面化。
这可以有效提高器件的性能和可靠性。
在金属线路上也可以使用CMP工艺。
由于金属线路很细并且越来越小，无法逐个进行加工，CMP抛光机可以在一次过程中完成大面积的金属线路平整化加工，减少单元面积上的电阻，并提高芯片的可靠性和性能。
CMP工艺在化合物半导体器件加工中也有广泛的运用。
在低温生长的GaAs器件中，表面通常存在许多缺陷和杂质，这会严重影响器件的性能。
通过使用CMP工艺，可以将表面上所有的缺陷和杂质去除，从而保证器件的性能和质量。
半导体 第十四讲 CMP
在CMP单项工艺之中，抛光后清洗是非常重要的步 骤。通常我们必须权衡抛光指标(均匀性，平整度， 产能)与清洗指标(颗粒，划伤，其他表面损伤， 残余的离子和金属玷污)。超声搅拌可与柔软的抛 光板刷或清洁溶剂相结合，以帮助去除硅表面的 胶状悬浮物。通常硅片都需要转移到预留用于清 洁的第二块抛光盘，这个转移必须及时进行以防 硅片表面的悬浮物变干，一旦悬浮物变干则残留 物的去除会变得非常困难。
对于钨CMP工艺，氧化铝(矾土)是最常用的 研磨料，由于它比其他大多数研磨料都更 接近于钨的硬度。钨通过不断的，自限制 的钨表面的氧化和随之以后的机械研磨被 去除。这种膏剂形成含水钨氧化物，被数 量级为200nm的氧化铝颗粒选择性去除。已 经表明，对于典型的CVD钨，当膜变薄时去 除速率增加。这与钨晶粒尺寸的改变相关。
对铜的化学机械抛光特别有趣，因为铜具有低的 电阻率并且用等离子体特别难以刻蚀。所以铜的 图形能够通过一种被称为Damascene工艺的CMP技 术形成。铜可以在一种包含有直径为几百个纳米 的颗粒的水状溶剂之中被抛光。典型的膏剂包含 有铵氢氧化物，醋酸，双氧水，可获得高达每分 钟1600nm的抛光速率。与钨不同，铜是一种软金 属。机械效应在抛光过程中具有重大的影响。现 已发现抛光速率与所加压力和相对线速度呈正比。 盘的状况和压力应用机理对铜的CMP尤其重要。
Cabot所用的氧化硅粒子是经由四氯化碳 (SiCl4)在近乎1800℃的高温下与高纯度的氢、 氧作用烧结成氧化硅粒子，可以获得高纯 度及均匀分布的颗粒。经由燃烧条件的控 制，即可调整粒子的尺寸，生产的稳定性 好。相对其他氧化硅粒子的制作方式，高 温烧结可拥有较窄的粒径尺寸分布。这是 Cabot持续占有全球主要市场的因素。
半导体制造工艺课件(PPT 98页)
激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格 位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到 杂质的作用
消除损伤
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
消除损伤
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
半导体CMP工艺介绍
FY Chang/CMP
STI & Oxide CMP
什么是STI CMP?
• 所谓STI（Shallow Trench Isolation），即浅沟槽隔离技术，它的作 用是用氧化层来隔开各个门电路（GATE），使各门电路之间互 不导通。STI CMP主要就是将wafer表面的氧化层磨平，最后停在 SIN上面。
Wafer carrier
平台Platform
终点探测 Endpoint Detection
FY Chang/CMP
钻石整理器 Diamond Conditioner
Introduction of CMP
CMP 机台的基本构造(II)
FY Chang/CMP
Introduction of CMP
• 前段制程中的应用
– Shallow trench isolation (STI-CMP)
• 后段制程中的应用
– Pre-meal dielectric planarization (ILD-CMP) – Inter-metal dielectric planarization (IMD-CMP) – Contact/Via formation (W-CMP) – Dual Damascene (Cu-CMP) – 另外还有Poly-CMP, RGPO-CMP等。
平坦化程度比较
CMP Resist Etch Back
BPSG Reflow SOG
SACVD,Dep/Etch HDP, ECR
0.1
1
(Gap fill)
10 100
Local
1000 10000
Global
平坦化 范围 (微米)
FY Chang/CMP
化学机械抛光制程简介 半导体CMP工艺介绍PPT
0.1
1
(Gap fill)
10 100
Local
1000 10000
Global
平坦化 范围 (微米)
Introduction of CMP
Step Height（高低落差） & Local Planarity（局部平坦化过程）
H0= step height
高低落差越来越小
局部平坦化：高低落差消失
CMP 发展史
• 1983: CMP制程由IBM发明。 • 1986: 氧化硅CMP （Oxide-CMP）开始试行。 • 1988: 金属钨CMP（W CMP）试行。 • 1992: CMP 开始出现在 SIA Roadmap。 • 1994: 台湾的半导体生产厂第一次开始将化学机械研磨
应用于生产中。 • 1998: IBM 首次使用铜制程CMP。
Introduction of CMP
初始形貌对平坦化的影响
A
B
C
A
C RR
B
Time
CMP 制程的应用
Introduction of CMP
CMP 制程的应用
• 前段制程中的应用
– Shallow trench isolation (STI-CMP)
• 后段制程中的应用
– Pre-meal dielectric planarization (ILD-CMP) – Inter-metal dielectric planarization (IMD-CMP) – Contact/Via formation (W-CMP) – Dual Damascene (Cu-CMP) – 另外还有Poly-CMP, RGPO-CMP等。
Introduction of CMP
半导体 第十四讲 CMP
在CMP单项工艺之中，抛光后清洗是非常重要的步 骤。通常我们必须权衡抛光指标(均匀性，平整度， 产能)与清洗指标(颗粒，划伤，其他表面损伤， 残余的离子和金属玷污)。超声搅拌可与柔软的抛 光板刷或清洁溶剂相结合，以帮助去除硅表面的 胶状悬浮物。通常硅片都需要转移到预留用于清 洁的第二块抛光盘，这个转移必须及时进行以防 硅片表面的悬浮物变干，一旦悬浮物变干则残留 物的去除会变得非常困难。
对于钨CMP工艺，氧化铝(矾土)是最常用的研磨料， 由于它比其他大多数研磨料都更接近于钨的硬度。钨 通过不断的，自限制的钨表面的氧化和随之以后的机 械研磨被去除。这种膏剂形成含水钨氧化物，被数量 级为200nm的氧化铝颗粒选择性去除。已经表明，对 于典型的CVD钨，当膜变薄时去除速率增加。这与钨 晶粒尺寸的改变相关。
为了满足上述工艺的目标，第一代CMP机台功能已 具备：(1)以热交换系统，控制研磨平台的常温状 况；(2)精确控制与均匀的晶片施压；(3)精确控 制旋转速率；(4)维持机台乾净；(5)晶片装卸自 动化。最早完成的商品化设备为IPEC／Westech 372系列产品。此372系列可略分为9种功能：(1) 电脑监控及显示；(2)研磨剂帮浦与流量控制；(3) 研磨平台及排放：(4)卸晶片区：(5)上晶片区； (6)载具清洁区：(7)研磨垫整容器：(8)主臂驱动 装置；(9)研磨主旋臂。IPEC／Westech因为成功 开发出这种化学机械抛光设备，在1995年时拥有
CMP工艺被设计用来产生中的SiO2颗粒并 不比被抛光的表面硬，可以避免器件表面的机械损伤。
由于CMP能够形成平整的表面，CMP硅片能产生很少的
金属线缺陷，像短路和开路，这两种缺陷最常发生在
图形的边缘。
CMP工艺也被用于像铜和钨这样的金属层的平坦化。 对于金属的平坦化使用酸性(pH<3)的膏剂。这些 膏剂并不形成胶质的悬浮液，因此必须使用一些 搅动以利于获得均匀性。
《半导体工艺概述》PPT课件
接触式 湿化学
扩散 离子注入
掺杂
开放式炉管—水平/竖置 封闭炉管
快速热处理 中/高电流离子注入
低能量/高能量离子注入
热处理
制程方法 加热
热辐射
具体分类 加热盘 热对流 快速加热
红处线加热
芯片制造的特点
超洁超净 半导体芯片尤其是高密度的集成电路，极易受到多种污染物的损害，主要体
现在器件成品率，器件性能，器件可靠性。 污染物：微粒、金属离子、化学物质、细菌
2、硼离子注入，形成 PMOS 源 、 漏 区 。 硼 离 子 注 入 剂 量 5*1015cm-2 ，能量100keV.
3、离子注入退火和推 进：在N2下退火，并将 源、漏区推进，形成 0.3~0.5微米深的源、 漏区。
化学气相淀积 磷硅玻璃介质 层
刻金属化的接触孔
磷硅玻璃回流，使 接触孔边缘台阶坡 度平滑，以利于金 属化。否则在台阶 边缘上金属化铝条 容易发生断裂。在 N2气氛下，1150℃ 回流30分钟。
利用氮化硅掩蔽氧 化的功能，在没有 氮化硅、并经硼离 子注入的区域，生 长一层场氧化层， 厚度400nm
去除N阱中非PMOS有 源区部分的氧化硅 和氮化硅，这部分 将是场区的一部分 。
对N阱中场区部分磷 离子注入，防止寄 生沟道影响。
一般采用湿氧 氧化或高压氧 化方法生长一 层1微米厚的 SiO2
首 先 生 长 缓 冲 SiO2 薄层，厚度600nm， 目的是减少淀积的 氮化硅与硅衬底之 间的应力。
其次低压CVD氮化硅 ，用于掩蔽氧化， 厚度100nm
确定NMOS有源区：利 用第二块掩膜版，经 曝光、等离子刻蚀， 保留NMOS有源区和N 阱区的氮化硅，去掉 场区氮化硅，NMOS场 区硼注入，剂量 1*1013cm-2，能量 120keV，防止场区下 硅表面反型，产生寄 生沟道。
半导体cmp工艺介绍
半导体cmp工艺介绍
半导体组件的工艺是指利用工业制造来生产半导体组件的一系列技术。
它包括物理气相沉积（PVD），化学气相沉积（CVD），光刻，曝光，定向
生长，金属化，清洗，反射抑制和测试等。
物理气相沉积（PVD）是由溅射技术，杜松松蒸发技术，电渗技术和
半封装技术组成的，可以将金属或其他材料沉积在基板上的工艺。
化学气相沉积（CVD）技术是利用特定的化学气体，在基板表面形成
薄膜的一种工艺，常用来形成硅，硼，锗，硫和碳等薄膜，是半导体组件
制造中最流行的工艺之一。
光刻，也被称为光蚀，是用于精确地形成金属，有机材料或半导体材
料的技术，它可以将特定图案沉积在半导体表面上以实现芯片功能。
曝光是以光技术将图案曝光到半导体表面，可以创建各种微型图案的
工艺，以实现芯片功能。
定向生长技术使得半导体表面的原子生长受到控制，通常用于生长单
晶硅（monocrystalline silicon）和晶圆硅（wafers）。
金属化是将金属沉积在半导体表面的一种技术，用于形成金属膜。
清洗工艺用于清除半导体表面的杂质，以提高芯片质量。
反射抑制是一项技术，可以抑制半导体表面上的反射，以提高芯片性能。
半导体CMP工艺介绍
A
B
C
A
C RR
B
Time
SMIC
CMP 制程的应用
SMIC
Introduction of CMP
CMP 制程的应用
? 前段制程中的应用
– Shallow trench isolation (STI-CMP)
? 后段制程中的应用
– Pre-meal dielectric planarization (ILD-CMP) – Inter-metal dielectric planarization (IMD-CMP) – Contact/Via formation (W-CMP) – Dual Damascene (Cu-CMP) – 另外还有Poly-CMP, RGPO-CMP 等。
SMIC
Introduction of CMP
Teres 机台概貌
SMIC
Introduction of CMP
线性平坦化技术
SMIC
Introduction of CMP
Teres 研磨均匀性 (Non-uniformity) 的气流控制法
SMIC
Introduction of CMP
研磨皮带上的气孔设计 (Air-belt design)
SMIC
W CVD
功能： 长 W 膜 以便导电 用。
POLY CMP 流程简介-2a
P2 FOX
P2 Cell
P2 FOX
P2
P2
FOX Cell
P2 FOFXOX
POLY DEPO
功能：长POLY膜以填之。
SMIC
POLY CMP + OVER POLISH
功能：刨平POLY 膜。END POINT（终点）探测界限 +OVER POLISH（多出研磨） 残留的POLY膜。
【半导体研磨】半导体CMP工艺介绍
Introduction of CMP
化学机械抛光制程简介 （Chemical Mechanical
Polishing-CMP)
Introduction of CMP
目录
• CMP的发展史 • CMP简介 • 为什么要有CMP制程 • CMP的应用 • CMP的耗材 • CMP Mirra-Mesa 机台简况
H0= step height
高低落差越来越小
局部平坦化：高低落差消失
Introduction of CMP
初始形貌对平坦化的影响
A
B
C
A C RR B
Time
CMP 制程的应用
Introduction of CMP
CMP 制程的应用
• 前段制程中的应用 • Shallow trench isolation (STI-CMP)
ROUGH POLY CMP 流程-2b
FOX
P2
P2
Cell
CELL ARRAY CROSS SECTION
PR COATING
P2 FOX
功能：PR 填入糟沟以保护糟 沟内的ROUGH POLY。
P2
P2
P2
FOX
FO
X Cell
CELL ARRAY CROSS SECTION
ROUGH POLY CMP
平坦化程度比较
CMP Resist Etch Back
BPSG Reflow SOG
SACVD,Dep/Etch HDP, ECR
0.1
1
(Gap fill)
10 100
Local
1000 10000
Global
平坦化 范围 (微米)
化学机械抛光制程简介 （Chemical Mechanical
Polishing-CMP)
Introduction of CMP
目录
• CMP的发展史 • CMP简介 • 为什么要有CMP制程 • CMP的应用 • CMP的耗材 • CMP Mirra-Mesa 机台简况
H0= step height
高低落差越来越小
局部平坦化：高低落差消失
Introduction of CMP
初始形貌对平坦化的影响
A
B
C
A C RR B
Time
CMP 制程的应用
Introduction of CMP
CMP 制程的应用
• 前段制程中的应用 • Shallow trench isolation (STI-CMP)
ROUGH POLY CMP 流程-2b
FOX
P2
P2
Cell
CELL ARRAY CROSS SECTION
PR COATING
P2 FOX
功能：PR 填入糟沟以保护糟 沟内的ROUGH POLY。
P2
P2
P2
FOX
FO
X Cell
CELL ARRAY CROSS SECTION
ROUGH POLY CMP
平坦化程度比较
CMP Resist Etch Back
BPSG Reflow SOG
SACVD,Dep/Etch HDP, ECR
0.1
1
(Gap fill)
10 100
Local
1000 10000
Global
平坦化 范围 (微米)
半导体制程培训CMP和蚀刻pptx整理
半导体制造(zhìzào)工艺流程——CMP
化学机械(jīxiè)平坦化
化学机械(jīxiè)平坦化 〔Chemical-Mechanical Planarization, CMP〕，又称化学机械(jīxiè)研磨 〔Chemical-Mechanical Polishing〕，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(jīxiè)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。
缺点：本钱高，设备复杂。
干法刻蚀方式：①溅射与离子束铣蚀 ②等离子刻蚀〔Plasma Etching〕 ③③高压等离子刻蚀 ④高密度等离子体〔HDP〕刻蚀 ⑤反响离子刻蚀〔RIE〕
第四页，共31页。
半导体制造(zhìzào)工艺流程
湿法刻蚀
湿法刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、 腐蚀。 优点是选择性好、重复性好、生产(shēngchǎn)效率高、设备简 单、本钱低 缺点是：钻刻严重、对图形的控制性较差，不能用于小的特征 尺寸；会产生大量的化学废液。
第十页，共31页。
半导体制造(zhìzào)工艺流程
CMP
第十一页，共31页。
半导体制造(zhìzào)工艺流程
1、平坦化有关(yǒuguān)的术语 ；
2、传统的平坦(píngtǎn)化技术；
3、化学机械平坦化机理；
4、化学机械平坦化应用。
第十二页，共31页。
半导体制造(zhìzào)工艺流程
有两种CMP机理可以解释是如何来进行 (jìnxíng)硅片外表平坦化的:
1) 外表材料与磨料发生化学反响生成一层相对 容易去除的外表层；
2〕这一反响生成的硅片外表层通过磨料中研磨 机和研磨压力与抛光垫的相对运动被机械地磨 去。
半导体器件半导体工艺介绍光刻幻灯片PPT
光 刻 掩 膜 板
岛
正胶
透光区域 不透光区域
空洞
负胶
光刻掩膜版 :// sicsis /te_product_d/2007-11-30/5.chtml
常用的是旋转法，它又分为旋转板式和自转式
胶膜的厚度由转速和胶的浓度来调解。旋 转板式涂胶法的缺点是胶膜厚度不够均匀， 多余的胶飞溅易沾污衬底。采用自转式涂 胶法能较好地抑制上述缺点。
• 光刻是一种复印图形与化学腐蚀相结合的综 合性技术。它将光刻版上的图形准确地复印 在涂有感光胶的基片上。然后利用光刻胶的 保护作用，对基片进展选择性腐蚀，从而在 基片上得到与光刻版相应的图样。
光刻步骤：
1、基片前处理 2、涂胶
以SiO2 做掩膜为例
3、前烘-软烘焙
4、对准-曝光
5、显影-清洗
6、后烘(坚膜、硬烘焙) 1、去油：甲苯、丙酮、乙醇
4、曝光
▪ 曝光是指用汞灯紫外光对已涂敷光刻胶 膜的底片进展选择性曝光。经过光照的 胶膜发生光化学反映，改变了这局部胶 膜在显影液中的溶解度；显影后，光刻 胶膜就呈现出与掩膜板相对应的图形。
可采用的曝光的方法包括：接触曝光法、 投影曝光法、电子束曝光法、离子束曝光 法和X射线曝光法等；
曝光时间过短，胶感光缺乏， 光刻胶的光化学反映不充分， 光刻胶的抗蚀性能就会降低， 显影时局部胶会溶解；曝光时 间过长，会使光刻胶不感光局 部的边缘微弱感光，产生“光 晕〞现象，腐蚀后边界模糊或 出现皱纹，使分辩率降低。
3、前烘—软烘焙
▪ 前烘就是将涂好胶的样品进展加热处理。前烘的目 的是促使胶膜体内的溶剂局部挥发，使胶膜枯燥， 以增加胶膜与衬底的粘附性和胶膜的耐磨性。在曝 光对准时，胶膜与掩膜版不易擦伤、磨损和沾污， 同时，只有在胶膜枯燥后曝光，化学反响才能充分 进展。
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功能：刨平PR和ROUGH POLY 膜。 END POINT（终点）探测界限 +OVER POLISH（多出研磨）残留 的ROUGH POLY膜。
于生产中。 1998: IBM 首次使用铜制程CMP。
Introduction of CMP
CMP制程的全貌简介
Introduction of CMP
CMP 机台的基本构造 (I)
压力pressure
研磨液Slurry
研磨垫Pad
芯片Wafer
Wafer carrier
平台Platform
终点探测 Endpoint Detection
Introduction of CMP
初始形貌对平坦化的影响
A
B
C
A
C R R
B
Time
CMP 制程的应用
Introduction of CMP
CMP 制程的应用
前段制程中的应用
• Shallow trench isolation (STI-CMP)
后段制程中的应用
• Pre-meal dielectric planarization (ILD-CMP) • Inter-metal dielectric planarization (IMD-CMP) • Contact/Via formation (W-CMP) • Dual Damascene (Cu-CMP) • 另外还有Poly-CMP, RGPO-CMP等。
没有平坦化情况下的PHOTO
Introduction of CMP
各种不同的平坦化状况
没有平坦化之 前
平滑化
局部平坦化
全面平坦化
Introduction of CMP
平坦化程度比较
CMP Resist Etch Back
BPSG Reflow SOG
SACVD,Dep/Etch HDP, ECR
光学
摩擦电流
Introduction of CMP
为什么要做化学机械抛光 （Why CMP）?
Introduction of CMP
没有平坦化之前芯片的表面形态
1.2 um 0.7 um 0.3 um
M2
1.0 um
IMD
M1 0.5 um
2.2 um M2
M1 0.4 um
Isolation
Introduction of CMP
Oxide
SIN
STI STI
SIN
STI
STI
CMP 前
CMP 后
STI & Oxide CMP
什么是Oxide CMP?
• 所谓Oxide CMP包括ILD(Inter-level Dielectric)CMP和IMD (Intermetal Dielectric)CMP,它主要是磨氧化硅(Oxide),将Oxide磨到 一定的厚度，从而达到平坦化。
ROUGH POLY CMP 流程-2b
FOX
P2
P2
Cell
CELL ARRAY CROSS SECTION
PR COATING
P2 FOX
功能：PR 填入糟沟以保护 糟沟内的ROUGH POLY。
P2
P2
P2
FO
FO
X
X
Cell
CELL ARRAY CROSS SECTION
ROUGH POLY CMP
Introduction of CMP
化学机械抛光制程简介
（Chemical Mechanical PolishingCMP)
Introduction of CMP
目录
CMP的发展史 CMP简介 为什么要有CMP制程 CMP的应用 CMP的耗材 CMP Mirra-Mesa 机台简况
W D
功能： 长 W 膜 以便导 电用。
POLY CMP流程简介-2a
P2 FOX
P2 Cell
P2 FOX
POLY DEPO
功能：长POLY膜以填之。
P2
P2
P2
FOX Cell
FOFXOX
POLY CMP + OVER POLISH
功能：刨平POLY 膜。END POINT（终点）探测界限 +OVER POLISH（多出研磨） 残留的POLY膜。
Introduction of CMP
CMP 发展史
1983: CMP制程由IBM发明。 1986: 氧化硅CMP （Oxide-CMP）开始试行。 1988: 金属钨CMP（W CMP）试行。 1992: CMP 开始出现在 SIA Roadmap。 1994: 台湾的半导体生产厂第一次开始将化学机械研磨应用
钻石整理器 Diamond Conditioner
Introduction of CMP
CMP 机台的基本构造(II)
Introduction of CMP
Mirra 机台概貌
Silicon wafer
Diamond disk
Introduction of CMP
Teres 机台概貌
Introduction of CMP
0.1
1
(Gap fill)
10 100
Local
1000 10000
Global
平坦化 范围 (微米)
Introduction of CMP
Step Height（高低落差） & Local Planarity（局部平坦化过程）
H0= step height
高低落差越来越小
局部平坦化：高低落差消失
线性平坦化技术
Introduction of CMP
Teres 研磨均匀性(Non-uniformity) 的气流控制 法
Introduction of CMP
研磨皮带上的气孔设计(Air-belt design)
Introduction of CMP
F-Rex200 机台概貌
终点探测图 （STI CMP endpoint profile）
STI & Oxide CMP
什么是STI CMP?
所谓STI（Shallow Trench Isolation），即浅沟槽隔离技术，它的 作用是用氧化层来隔开各个门电路（GATE），使各门电路之间 互不导通。STI CMP主要就是将wafer表面的氧化层磨平，最后 停在SIN上面。
STI CMP的前一站是CVD区，后一站是WET区。
• Oxide CMP 的前一站是长Oxide的CVD区，后一站是Photo区。
CMP 前
CMP 后
W（钨） CMP流程-1
Ti/TiN
P+
P+
N-Well
N+
N+
P-Well
WCMP
W Ti/TiN
W CVD
P+
P+
N+
N+
N-Well
P-Well
Ti/TiN PVD
功能：Glue（粘合） and barrier （阻隔） layer。以便W得以叠长。