集成电路工艺第九章：化学机械抛光解析
CMP化学机械抛光 Slurry的蜕与进
CMP Slurry的蜕与进岳飞曾说：“阵而后战，兵法之常，运用之妙，存乎一心。
”意思是说，摆好阵势以后出战，这是打仗的常规，但运用的巧妙灵活，全在于善于思考。
正是凭此理念，岳飞打破了宋朝对辽、金作战讲究布阵而非灵活变通的通病，屡建战功。
如果把化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)的全套工艺比作打仗用兵，那么CMP工艺中的耗材，特别是slurry的选择无疑是“运用之妙”的关键所在。
“越来越平”的IC制造2006年，托马斯•弗里德曼的专著《世界是平的》论述了世界的“平坦化”大趋势，迅速地把哥伦布苦心经营的理论“推到一边”。
对于IC制造来说，“平坦化”则源于上世纪80年代中期CMP技术的出现。
CMP工艺的基本原理是将待抛光的硅片在一定的下压力及slurry（由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液）的存在下相对于一个抛光垫作旋转运动，借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面材料的去除，并获得光洁表面（图1）。
1988年IBM开始将CMP工艺用于4M DRAM器件的制造，之后各种逻辑电路和存储器件以不同的发展规模走向CMP。
CMP将纳米粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来，满足了特征尺寸在0.35μm以下的全局平坦化要求。
目前，CMP技术已成为几乎公认的惟一的全局平坦化技术，其应用范围正日益扩大。
目前，CMP技术已经发展成以化学机械抛光机为主体，集在线检测、终点检测、清洗等技术于一体的CMP技术，是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺发展的产物。
同时也是晶圆由200mm向300mm乃至更大直径过渡、提高生产率、降低制造成本、衬底全局平坦化所必需的工艺技术。
Slurry的发展与蜕变“CMP技术非常复杂，牵涉众多的设备、耗材、工艺等，可以说CMP本身代表了半导体产业的众多挑战。
”安集微电子的CEO王淑敏博士说，“主要的挑战是影响CMP工艺和制程的诸多变量，而且这些变量之间的关系错综复杂。
化学机械抛光ppt课件
有机碱腐蚀介质的稀土抛光液
现有的几种抛光液主要为金刚石磨料的碱性 溶液，由于其中磨粒粒径大小不均匀，不能 很好的解决机械作用造成的损伤和应力的问 题，无法达到光滑镜面的目的。现有一种有 机碱腐蚀介质的稀土抛光液，包括磨料二氧 化铈和腐蚀剂有机碱三乙醇胺，重量百分比 含量为二氧化铈 0.5％～5％、三乙醇胺为 0.05～1.0％，其余为水。此抛光液中还可 包含0.25％～1.0％的氧化剂铁氰化钾。上 述抛光液在加入氧化剂铁氰化钾还可同时加 入重量百分含量为5％～15％过氧化氢。此 抛光液用于单晶硅片表面抛光，克服了使用 现有抛光液中磨料硬度高造成的表面划伤和 选择其他种类腐蚀介质带来的缺陷，获得了 理想的光滑镜面抛光效果。
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抛光液
化学机械抛光是化学腐蚀和机械磨削 同时进行，分为铜离子抛光、铬离子 抛光和普遍采用的二氧化硅胶体抛光。 二氧化硅胶体抛光是由极细的二氧化 硅粉、氢氧化钠（或有机碱）和水配 制成胶体抛光液。在抛光过程中，氢 氧化钠与硅表面反应生成硅酸钠，通 过与二氧化硅胶体的磨削，硅酸钠进 入抛光液，两个过程不停顿地同时进 行而达到抛光的目的。
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机械夹持与石蜡粘结方法
早期的硅片固定方法有机械式夹钳和 石蜡粘结等。但机械夹持方法容易使 硅片发生翘曲变形或者损坏硅片的边 缘区域，所以目前已经很少使用。
石蜡粘结方法是另一种使用较早的方 法。具体方法是将硅片放置在夹具上 的规定位置，先加热，然后将熔化的 粘结剂渗 在工件上进行加压，使石蜡将硅片平 整的固定在基板上。
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真空吸盘夹持方法
目前在CMP加工中使用最广泛的 硅片夹持方法是真空吸盘。真空 吸盘顾名思义就是采用了真空原 理，利用真空负压来“吸附”工 件以达到夹持硅片的目的。在抛 光过程中，通过真空吸盘将工作 压力作用在硅片表面，吸盘上的 保持环保证硅片与吸盘之间不会 产生相对运动。
纳米集成电路化学机械抛光工艺建模与仿真及可制造性设计技术研究
二、可制造性设计技术
1、可制造性设计技术的概念和 意义
1、可制造性设计技术的概念和意义
可制造性设计技术是一种面向制造的设计方法，它是指在产品设计过程中， 通过考虑产品制造的全过程，来提高产品设计的质量、降低产品制造的难度和成 本、减少产品制造的时间。在纳米集成电路制造领域，可制造性设计技术是提高 制造质量和产量的重要手学腐蚀方法，将硅片表面加工成平坦的基准面。 3、研磨：通过机械研磨方法，将硅片表面研磨成超光滑的平面，达到纳米级 别的粗糙度。
内容摘要
4、清洗：再次清洗硅片表面，去除研磨过程中产生的碎屑和污染物。
1、技术难度高：需要严格控制 化学腐蚀和机械研磨的平衡，确 保表面质量的一致性。
2、环境污染：化学试剂的废液 处理不当，会对环境造成污染。
2、环境污染：化学试剂的废液处理不当，会对环境造成污染。
未来，硅片化学机械抛光技术的发展方向将集中在以下几个方面： 1、新材料的研究：寻找更适合集成电路制造的新型材料，替代传统的硅材料， 以提高集成度和性能。
2、环境污染：化学试剂的废液处理不当，会对环境造成污染。
4、纳米集成电路化学机械抛光 工艺仿真的结果及分析
4、纳米集成电路化学机械抛光工艺仿真的结果及分析
通过化学机械抛光工艺的建模与仿真，可以得出相应的仿真结果。根据这些 结果，可以对制造过程中的各种因素进行分析，如材料去除率、表面粗糙度、工 件形貌等。通过分析这些结果，可以有效地优化制造工艺，提高制造质量和产量。
（2）建立仿真模型：利用计算机仿真技术，建立化学机械抛光工艺的仿真模 型，包括工艺流程仿真、工艺参数仿真、工艺效果仿真等；
2、纳米集成电路化学机械抛光工艺建模与仿真的方法和步骤
（3）模型验证：通过实验验证，确认所建立的数学模型和仿真模型的有效性 和准确性；
氮化镓cmp化学机械抛光_概述说明以及解释
氮化镓cmp化学机械抛光概述说明以及解释1. 引言1.1 概述氮化镓CMP化学机械抛光是一种常用于半导体制造过程中的表面处理技术，可以实现对氮化镓材料表面的平整化和清洁化。
随着氮化镓半导体器件在日常生活和工业应用中的广泛应用，对氮化镓CMP的研究与发展也日益重要。
本文旨在系统地介绍氮化镓CMP技术的基本原理、关键参数以及影响因素。
通过对近期研究进展的归纳与分析，总结出氮化镓CMP在半导体制造中的应用领域以及优化策略和挑战。
此外，还将探讨近期改进和创新对该方法进行了哪些改善，并提供了针对未来研究方向和工业应用前景的建议。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
第一部分是引言部分，在这一部分我们将概述文章所涵盖内容以及列举文中各个小节目录作简要说明。
第二部分将详细介绍氮化镓CMP技术的基本原理、关键参数以及影响因素。
首先会对化学机械抛光技术进行概述，然后重点讨论氮化镓CMP的基本原理以及CMP过程中的关键参数。
第三部分将探讨氮化镓CMP在半导体制造中的应用以及工艺优化策略和挑战。
我们将详细介绍氮化镓CMP在半导体制造中的具体应用领域，并对优化策略和挑战进行深入讨论。
此外，还会总结近期研究对氮化镓CMP方法进行的改进与创新。
第四部分将介绍氮化镓CMP实验方法和步骤，并对所使用的设备和材料进行简单介绍。
我们还会详细解释实验流程和步骤，并给出实验结果及数据分析方法。
最后一部分是结论与展望，在这一部分我们将对全文内容进行总结，回顾所得到的研究成果，并提出对未来氮化镓CMP研究方向和工业应用前景的建议与展望。
1.3 目的本文旨在提供一份系统、全面且准确地关于氮化镓CMP技术的文章，以满足读者对该技术原理、应用和发展的需求。
通过深入地研究和分析，本文希望能够促进氮化镓CMP技术在半导体制造领域的应用，并为未来的研究方向和工业应用提供有效的指导和展望。
2. 氮化镓CMP化学机械抛光的原理2.1 化学机械抛光技术概述化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，简称CMP）技术是一种通过在制造过程中对材料表面进行仿佛研磨和化学反应的综合处理方法。
cmp边缘效应-概述说明以及解释
cmp边缘效应-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：CMP（Chemical Mechanical Polishing）作为一种重要的半导体制程技术，在集成电路和微电子器件制造中有着广泛的应用。
然而，虽然CMP 技术在微电子行业取得了巨大成功，但它也存在着一些问题。
其中之一就是边缘效应，即CMP过程中在材料的边缘部分产生的非均匀化学机械抛光效果。
CMP边缘效应的出现主要是由于以下几个方面的原因：首先，由于边缘处与其他部分相比有更高的抛光面积，使得CMP液体和磨料在边缘区域的分布不均匀，从而导致CMP效果不一致。
其次，边缘处可能存在几何或结构上的不规则，例如棱角或台阶，这些不平整的表面也会影响抛光效果。
此外，由于边缘处与CMP垫层之间的接触较差，导致边缘区域的磨料颗粒较少，进一步加剧了边缘效应。
CMP边缘效应对微电子器件的性能和可靠性产生了重要影响。
一方面，边缘效应可能导致边缘区域的薄膜材料被过度抛光，从而损坏微电子器件的功能。
另一方面，CMP边缘效应还会导致边缘区域的薄膜厚度不均匀，影响微电子器件的电学特性。
因此，对CMP边缘效应进行深入的研究和认识具有重要意义。
针对CMP边缘效应，研究人员提出了一些应对措施。
例如，改善CMP 液体和磨料在边缘区域的分布均匀性，可以通过优化液体流动和调整抛光参数来实现。
此外，改善边缘区域的表面平整度和光洁度也是减轻边缘效应的重要方法，可以通过优化CMP垫层材料和改进CMP工艺步骤来实现。
虽然目前已经取得了一些进展，但CMP边缘效应问题仍然存在一定挑战和待解决的问题。
因此，未来的研究可以致力于进一步深入理解CMP 边缘效应的机制，并开发更有效的CMP工艺和材料，以减小边缘效应对微电子器件的影响。
同时，也需要加强与其他制程工艺的协同，以综合解决边缘效应问题，推动半导体制造技术取得更大进步。
综上所述，CMP边缘效应是CMP技术中一个重要的问题，它对微电子器件的制造和性能有着重要影响。
集成电路化学机械抛光关键技术与装备
集成电路化学机械抛光关键技术与装备集成电路（IC）在我们现代生活中扮演着不可或缺的角色，真是“家家户户离不了，寸步难行”。
然而，要想让这些小小的芯片在电路中发挥大作用，背后有一项非常重要的工艺——化学机械抛光（CMP）。
说到CMP，听起来有点复杂，其实就是通过化学和机械的结合，给芯片表面一个光滑、平整的“美容”过程，像是给芯片做了一次高档的面部护理。
1. CMP的基本原理1.1 什么是CMP？CMP其实就像是一种“打磨和清洁”的双重工艺。
你想啊，集成电路的生产过程就像在做一幅精致的画，表面越平滑，作品的质量就越高。
CMP利用化学药剂和机械力量的结合，帮助去除多余的材料，让芯片的表面达到一种“光滑如镜”的效果。
1.2 CMP的必要性你可能会问，为什么芯片需要抛光呢？这个就好比你在家里搞卫生，桌子不擦干净，东西一放上去就会显得杂乱无章。
集成电路的结构微小而复杂，任何细小的瑕疵都可能导致性能下降，甚至引发“闪退”之类的尴尬状况。
通过CMP抛光，不仅能提高芯片的性能，还能大大增强它的耐用性。
简而言之，CMP就是芯片的“安全保障”，让它在使用中不至于“翻车”。
2. CMP的关键技术2.1 药剂的选择CMP的成功与否，药剂的选择至关重要。
就像做菜，调料的搭配能决定一道菜的成败。
CMP中常用的药剂包括氧化剂、抛光液等，这些药剂的作用就是帮助去除芯片表面的杂质，促进材料的磨损。
选对药剂，抛光效果事半功倍，选错了，可能就会“事与愿违”。
所以，科研人员在这方面可是费尽心思，反复试验，就为了找到那几种“黄金配方”。
2.2 机械装备的设计除了药剂，机械装备的设计也不容小觑。
CMP设备就像是给芯片“按摩”的工具，必须要有合适的压力、速度和运动轨迹。
想象一下，如果给脸部按摩的手法不对，反而会造成肌肤受伤，那芯片在不恰当的条件下抛光，岂不是会损伤其内部结构？因此，设计一台高效的CMP设备，就需要技术团队在多个领域的知识碰撞、创新，真是“群策群力”。
集成电路工艺第九章化学机械抛光
化学机械抛光基本原理
02
化学机械抛光（CMP）是一种将化学腐蚀和机械研磨相结合的芯片表面平坦化技术。
CMP首先通过化学腐蚀剂对芯片表面进行初步研磨，然后通过机械研磨方式将芯片表面的材料进一步去除，从而实现表面平坦化。
化学机械抛光过程
研磨液的成分和浓度
研磨压力
研磨时间
化学机械抛光影响因素
优点
CMP技术可以实现对芯片表面进行大面积、高精度平坦化处理，同时可以去除芯片表面不同类型的污染物和损伤层。
加强基础研究，不断推进技术进步
加强产业协同，推动产业发展
加强人才培养和技术交流，提高行业整体水平
THANKS
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抛光液的组成和作用
抛光垫的性能优化
CMP技术的工艺优化
绿色化发展
随着环保意识的不断提高，CMP技术的绿色化发展已成为行业发展趋势。未来的CMP技术将更加注重环保、节能和安全方面的研究，如开发无污染的抛光液、节能的抛光工艺等。
化学机械抛光技术的未来发展方向
超光滑表面抛光
随着集成电路技术的发展，超光滑表面抛光已成为CMP技术的重要研究方向。未来的CMP技术将更加注重超光滑表面的抛光技术研究和应用，如采用纳米级磨料、采用先进检测技术等。
晶圆表面处理
在晶圆制造中，化学机械抛光被广泛应用于表面处理，以去除表面的划痕、凸起和其他缺陷，同时还可以控制表面粗糙度，以满足工艺要求。
化学机械抛光在硅片表面处理中的应用
03
制程效率
化学机械抛光的制程效率高，可以在短时间内处理大量的硅在集成电路制造中的重要性
01
表面处理
在表面处理之后，需要进行研磨，使表面达到更平整的状态。
研磨
在研磨之后，需要进行抛光处理，使表面更加光滑平整。
晶圆化学机械抛光
晶圆化学机械抛光1.引言1.1 概述晶圆化学机械抛光是一种在半导体制造中广泛使用的表面处理技术。
它通过结合化学反应和机械研磨来达到对晶圆表面的平整化和去除缺陷的效果。
作为一种集成电路工艺中的关键步骤，晶圆化学机械抛光在衬底表面处理、薄膜制备和器件加工等领域都发挥着重要作用。
晶圆化学机械抛光的过程主要通过在抛光液中悬浮磨料颗粒，并利用机械研磨的力学作用将磨料颗粒与晶圆表面进行摩擦。
同时，抛光液中的化学物质会与晶圆表面发生反应，去除表面的氧化物、污染物和缺陷。
晶圆化学机械抛光技术在半导体制造中有广泛的应用。
首先，它可以用于改善晶圆的平面度和表面光洁度，提高器件性能和可靠性。
其次，它还可用于去除晶圆表面的缺陷，如氧化物和金属杂质等，从而提高晶圆的质量。
此外，在薄膜制备中，晶圆化学机械抛光还可用于平坦化薄膜表面，以提高薄膜的均匀性和附着力。
随着半导体制造工艺的不断进步，晶圆化学机械抛光技术也在不断发展。
目前，越来越多的新型抛光材料和抛光液正在被开发和应用。
同时，还出现了一些改进的抛光方法和设备，以提高抛光的效率和一致性。
尽管晶圆化学机械抛光技术具有显著的优势和广泛的应用前景，但它仍然存在一些局限性。
例如，抛光过程中可能产生的微小颗粒污染和损伤晶圆的风险。
因此，在实际应用中需要采取有效的控制措施，以确保抛光过程的可控性和晶圆的质量。
综上所述，晶圆化学机械抛光技术是一项重要的表面处理技术，其原理和过程的理解对于半导体制造具有重要意义。
随着其不断发展和改进，相信晶圆化学机械抛光技术将在未来的半导体制造中发挥更加重要和广泛的作用。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为以下几个部分进行阐述和讨论：第一部分为引言，对晶圆化学机械抛光的背景和意义进行概述，引起读者的兴趣。
本部分主要包括三个方面的内容：概述、文章结构和目的。
其次，正文部分是本文的核心部分，分为两个主要章节。
第一个章节是关于晶圆化学机械抛光的原理和过程。
集成电路封装材料-化学机械抛光液
10.1 化学机械抛光液在先进封装中的应用
抛光垫主要含有微量填充物（氧化铈、氧化锆等）的聚氨酯材料组成，
抛光垫的作用是在CMP过程中基于离心力的作用将CMP液均匀地抛洒到抛光 垫表面，确保晶圆能够全面接触到抛光液，同时CMP过程中的反应产物带出 抛光垫。
其质量、力学性能和表面组织性能将直接影响晶圆CMP后的表面质量，是关 系到CMP效果的直接因素之一。
制程不同，绝缘层的下面分为氮化硅和没有氮化硅两种情况，对就要求抛光扩散 阻挡层的抛光液有高选择比和非选择比两种。对于氮化硅去除制程，还需要高氮 化硅/氧化硅选择比的抛光液。
10.2 化学机械抛光液类别和材料特性
2）晶圆背面化学机械抛光液 晶圆正面工艺制程结束后，正面会采用临时键合工艺与硅或玻璃等晶圆载体 黏接，再对晶圆背面进行减薄和抛光。 首先使用机械粗磨工艺把晶圆减薄到离硅通孔顶端约数微米的高度，然后使 用CMP抛光。 根据流程不同，分为硅/铜晶圆背面CMP液和铜/绝缘层晶圆背面CMP 液。
10.2 化学机械抛光液类别和材料特性
金属络合剂分为氨基类、羟基羧酸类、羟基铵酸类和有机磷酸等。其在酸性 条件下对铜离子的络合效果较好，但酸性抛光液对铜的腐蚀性较强，需要引 入表面抑制剂来抑制对铜的腐蚀。 常用表面抑制剂为苯并三唑（1H-Benzotriazole，BTA）。 分散剂减少溶液中纳米磨料的团聚，提高抛光液的分散稳定性。
化学机械抛光技术（Chemical Mechanical Polishing, CMP）是集成电路制造 中获得晶圆全局平坦化的一种手段，是目前机械加工中最好的可实现全局平 坦化的超精密的工艺技术，
这种技术是为了能够获得低损伤的、即平坦又无划痕和杂质等缺限的表面而 专门设计的，加工后的表面具有纳米级面型精度及亚纳米级表面粗糙度，同 时表面和亚表面无损伤，
化学机械抛光CMP技术概述
另外表面堆积的反应物也需妥当的排除。 因此在使用中，如无适当的处理，研磨垫 表面将呈现快速老化，造成蚀刻率衰退等 现象。为了解决研磨垫的老化问题，现代 的CMP机台都具备研磨垫整理器，具备与研 磨过程同步整理或定时整理的定的工艺及维持研磨垫的使用 寿命
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。
工艺参数因 素
CMP主要 影响因素
抛光液
抛光垫的选 择
工艺参数因素：
抛光的工艺参数亦会对抛光后的表面粗糙度 和表面形貌等产生重要的影响,主要的工艺参数 有抛光速度、抛光压力、抛光液流量、抛光时间 等，它们以不同的方式和程度影响着抛光结果
抛光速度：要选择合适的抛光速度，若抛光速度过高,使抛光液 的润滑作用过强,材料去除率可能会下降,并且容易造成过抛,引 起芯片断路,造成灾难性的后果,或引起缺陷,影响全局平整化效 果
pH值：决定了最基本的抛光加工环境,会对表面膜的形成、 材料的去除分解及溶解度、抛光液的粘性等方面造成影响
磨料：磨料的尺寸、形状、在溶液中的稳定性、在晶圆表 面的粘附性和脱离性对抛光效果都有着重要的作用
抛光垫的选择
研磨垫则是研磨剂外的另一个重要消耗材。由于集成电路 工艺的目的是平坦化，不同于传统光学玻璃与硅晶片的抛 光作用。平坦化的作用即要将晶片表面轮廓凸出部份削平， 达到全面平坦化。理想的研磨垫是触及凸出面而不触及凹 面，达到迅速平坦化的效果。因此光学玻璃所使用的研磨 垫，并不适合集成电路平坦化的工艺需求。就研磨垫的应 用言，对材料化学性质的需求较为单纯，一般只要耐酸碱， 有一定的稳定性。但对其物理性质的要求较为严格。
集成电路工艺第九章化学机械抛光
在陶瓷片抛光中的应用
陶瓷片的硬度较大，质地脆，表面容易残留划痕和微裂纹。
通过化学机械抛光技术，可以实现陶瓷片的全面抛光，提高表面平整度 和光泽度。
在陶瓷片抛光过程中，化学机械抛光技术可以有效地去除表面的划痕、 微裂纹和氧化层，提高陶瓷片的质量和可靠性，同时延长其使用寿命。
在一定范围内，抛光压力增加可提高材料去除率，但过高的抛光压力可能导 致表面粗糙度增加和亚表面损伤。
不同材料的抛光压力敏感度不同
例如，硅材料的抛光压力较敏感，而氧化硅材料的抛光压力相对较低。因此 ，针对不同材料需优化抛光压力。
抛光时间
抛光时间对材料去除率和表面粗糙度有很大影响
在一定范围内，随着抛光时间增加，材料去除率和表面粗糙度降低，但过长的抛光时间可能导致过度抛光和亚 表面损伤。
其他辅助材料
作用
其他辅助材料包括粘合剂、表面活性剂等，它们在抛光液中起到辅助作用，可以改善液体的性质和抛 光效果。
种类
针对不同的工艺要求，这些辅助材料的种类和用量也会有所不同。例如，某些特殊工艺中可能需要添 加聚合物粘合剂来增强液体的粘附能力。
04
化学机械抛光工艺参数优化
抛光压力
抛光压力对材料去除率有显著影响
不同材料的抛光时间差异较大
例如，硅材料的抛光时间较氧化硅材料短。因此，针对不同材料需优化抛光时间。
磨料类型与粒度
磨料类型对材料去除率和表 面粗糙度有显著影响
不同磨料具有不同的硬度、粒度和形状，可影响抛光 过程中的物理和化学作用，从而影响材料去除率和表 面粗糙度。
磨料粒度对材料去除率和表
cmp化学机械抛光 极限精度
cmp化学机械抛光极限精度【序言】在当今高科技产业发展的浪潮中，CMP化学机械抛光技术被广泛应用于半导体、光伏、显示器等领域。
而其中的极限精度问题更是成为了业界研究的热点之一。
本文将对CMP化学机械抛光技术以及其在极限精度方面的应用进行探讨和剖析，旨在为读者全面展示并深刻理解这一主题。
【一、CMP化学机械抛光技术的发展】1. 缘起：CMP化学机械抛光技术始于20世纪80年代，主要应用于平整化硅片表面。
2. 工作原理：CMP技术是通过磨粒与化学液混合形成磨蚀剂，利用磨蚀剂在机械抛光过程中，对材料表面进行磨削和平整化处理。
3. 发展历程：随着半导体和光电子等行业的快速发展，CMP技术迅速成熟，并被广泛应用于细线宽制造、高阻抗材料平整化等工艺中。
4. CMP技术的关键影响因素：包括磨蚀剂、磨擦力、氧化环境、温度等多个方面，其中磨蚀剂具有重要影响。
【二、CMP化学机械抛光技术的应用】1. 半导体领域：CMP技术在半导体制造中发挥着至关重要的作用，能够实现高精度、高速度的平整化处理。
2. 光伏领域：CMP技术可用于太阳能电池片的平整化处理，提高能量转换效率，增强光伏组件的性能。
3. 显示器领域：CMP技术在TFT-LCD、OLED等显示器制造过程中应用广泛，通过调整磨蚀剂和磨擦力等参数，实现优质显示效果。
【三、CMP化学机械抛光技术的极限精度问题】1. 概念解释：CMP技术在实际应用中面临的极限精度问题，是指在处理精度要求较高的工艺中，CMP技术的磨削误差会对器件性能产生不可忽视的影响。
2. 影响因素：CMP技术的极限精度受到多方面因素的制约，如磨蚀剂颗粒大小分布、机械压力的控制、抛光头的设计等。
3. 解决方案：针对CMP技术的极限精度问题，研究者提出了多种改进方案，包括优化磨蚀剂的粒度分布、改善机械压力的均匀性、优化抛光头的结构等。
【四、个人观点与理解】CMP化学机械抛光技术作为一项关键技术，对于现代高科技产业的发展具有重要意义。
硅片CMP抛光工艺技术研究
硅片CMP抛光工艺技术研究摘要：硅片CMP（化学机械抛光）是一种高精度抛光技术，被广泛应用于集成电路、光电子器件和纳米器件的制造过程中。
本文对硅片CMP抛光工艺技术进行了综述，包括CMP原理、CMP设备、CMP液体材料和CMP工艺参数等方面，旨在为相关技术研究提供参考和指导。
1.引言随着集成电路技术的不断发展，对硅片表面粗糙度和平坦度的要求越来越高。
硅片CMP作为一种高精度抛光技术，由于具有高精度、高效率和高度可控性等优点，在集成电路、光电子器件和纳米器件的制造过程中得到广泛应用。
2.CMP原理CMP即化学机械抛光，是通过在硅片表面施加力量、使其与抛光材料、抛光液和抛光垫之间形成一定的摩擦，达到去除表面不平坦性的目的。
CMP的关键在于控制抛光液的pH值、粒度分布和颗粒形状，以及抛光垫的材料和硬度等参数。
3.CMP设备在硅片CMP抛光过程中，主要使用的设备有抛光机、抛光液供应系统、抛光垫和测量工具等。
抛光机是通过旋转硅片和抛光垫，以及施加一定的力量和抛光液，实现抛光操作。
抛光液供应系统负责将抛光液均匀地供给到抛光垫和硅片之间的接触界面。
抛光垫是硅片与抛光液之间的介质，其材料和硬度对抛光效果有重要影响。
测量工具可以对抛光后的硅片进行表面粗糙度和平整度的检测。
4.CMP液体材料CMP液体材料包括抛光液和填充液两部分。
抛光液主要由溶剂、氧化铝磨粒和酸碱等组成，其作用是去除硅片表面的氧化层和其它杂质，并实现平整度的提高。
填充液用于填充抛光后的缺陷，使硅片表面更加平坦。
5.CMP工艺参数硅片CMP抛光工艺参数的选择对抛光效果有重要影响。
主要的工艺参数包括抛光时间、抛光力、抛光液流速和抛光垫硬度等。
抛光时间和抛光力的选择需要根据具体应用来确定，抛光液流速和抛光垫硬度的选择可以通过试验来确定。
此外，还需要考虑抛光液的pH值、粒度分布和颗粒形状等参数。
6.结论本文综述了硅片CMP抛光工艺技术，包括CMP原理、CMP设备、CMP 液体材料和CMP工艺参数等方面。
现代集成电路制造工艺原理-第九章PPT课件
金属钛淀积
钛充当了钨与二氧化硅间 的黏合剂
氮化钛淀积
TiN充当金属钨的扩散阻挡 层
钨淀积
钨能够无空洞地填充孔。 钨有良好的抛磨特性
磨抛钨
磨抛到局部互连介质层的 上表面
通孔1和钨塞1的形成-通孔1的形成
第一层层间介质氧化 物淀积
氧化物磨抛
磨抛后氧化层厚度约为 8000Å
第十层掩膜，第一层 层间介质刻蚀
提高金属叠加结构的稳 定性
淀积铝铜合金
99%的铝，1%的铜 提高铝的稳定性
淀积氮化钛
抗反射层
第十一层掩膜，金属刻 蚀
通孔2和钨塞2的形成-通孔2的形成
ILD-2间隙填充
高浓度等离子体化学 气相淀积
ILD-2氧化物淀积
等离子体增强化学汽 相淀积
ILD-2 氧化物平坦化 第十二层掩膜，ILD-
涂胶/显影设备&对准/曝光设备
首先对硅片进行预处理，涂胶、甩胶、烘干，然后将硅 片送入对准及曝光设备进行对准和曝光，最后回到涂胶/ 显影设备进行显影、清洗和再次烘干。
刻蚀
图9.5 干法等离子体刻蚀机示意图
刻蚀:在硅片上没有 光刻胶保护的地方 留下永久的图形。
常见工具
等离子体刻蚀机 等离子体去胶机 湿法清洗设备
第二层掩膜，p阱 注入
p阱注入（高能）
硼的原子量为11， 磷的原子量为31。 所以注入硼所需的 能量相当于注入磷 所需的能量的三分 之一
退火
浅槽隔离工艺-STI槽刻蚀
化学机械抛光中的抛光皮知识讲解
6.化学机械抛光的发展趋势
近几年，虽然CMP技术发展迅速，但CMP仍然存在很多未解决的题： 1、CMP加工过程的控制仍停留在半经验阶段，难以保证表面的更高精度 和平整度加工要求， 2、CMP工艺的复杂性影响因素的多样性增加了问题的研究难度 3、CMP加工材料去除、抛光缺陷机理、抛光过程中纳米粒子的运动规律 及行为以及CMP工艺方面的实际问题等还没有完全弄清楚。
研磨压力
研磨对象物
研磨对象物 被磨液的化学成分脆化
旋转・移动
扩大
研磨对象物在磨皮上方加压移 动产生负压从而使最初存在磨 皮开孔部位的磨液流入磨皮和 研磨对象物之间进行研磨。
发泡⇒具有磨液保持 以及缓冲效果。 对研磨对象物平坦度 有一定效果。
橡胶弹性
・刮擦作用 磨粒被压入磨皮，通过刮擦作 用移除研磨对象物。 ※易变形，较软的磨皮更容易 使磨粒压进，不容易刮伤研磨 对象物，但是磨削力有所下降。 ・冲突作用 和磨皮的实际接触面积很小， 刮擦作用以外的接触部分由磨 粒的冲突作用移除研磨对象物。
断面 毛毡
浸过树脂后断面
浸过树脂后表面
4.抛光皮的制造工艺
❷聚氨酯硬质磨皮
聚氨酯预聚物和硬化剂（增链剂） 、发泡剂按照规定量混合后， 注入定型容器中做成块状，然后通过切片机加工成最终片状磨皮。
表面
×50
断面
×35
4.抛光皮的制造工艺
❸阻尼布磨皮
聚氨酯树脂和发泡添加剂颜料（炭黑）等混合后放入水中凝固，干燥成薄 膜状。然后通过抛光加工，粘上基材和双面胶得到最终产品。
平坦性不如不织布磨皮和 聚氨酯磨皮
5.影响抛光皮性能的因素 --内部因素
1.硬度—抛光皮的硬度决定保持面形精度的能力；
2.压缩比—压缩比反映抛光皮的抗变形能力；
化学机械抛光(CMP)技术、设备及投资概况
化学机械抛光（CMP）技术、 设备及投资概况
Overview of CMP technology, equipment and investment
作者/李丹 赛迪顾问 集成电路产业研究中心高级分析师 （北京 100048）
摘要：分析了CMP设备技术、设备供应商及投资要点。 关键词：CMP；设备；投资
1.2 CMP抛光工艺技术原理 CMP从概念上很简单，但纳米级CMP其实是一项
很复杂的工艺。在晶圆表面堆叠的不同薄膜各自具有 不同的硬度，需以不同的速率进行研磨。这可能会导 致“凹陷”现象，也就是较软的部分会凹到较硬材料 的平面之下。区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方 法，CMP通过化学的和机械的综合作用，最大程度减 少较硬材料与较软材料在材料去除速率上的差异，也 有效避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯 化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一 致性差等缺点。
2017年11月21日上午， 由电科装备45所研发的 国产首台200 mm CMP商用机通过了严格的万片马 拉松式测试，启程发往中芯国际(天津)公司进行上线 验证。这意味着电科装备45所的设备得到了用户的认 可，产品从中低端迈向了高端，也标志着电科装备向 着实现集成电路核心装备自主可控，担起大国重器的 责任迈出了重要的一步。杭州众德是新成立的一家公 司，由中电科45所中的CMP技术专家创业建立。 2.5 盛美半导体
荏原在欧洲、日本等全球的研发团队继续推动最 先进的应用程序定位于行业生产和新技术要求的前 沿。除了MEMS / SOI /磁介质行业的挑战外，荏原 的高通量F-REX系列CMP系统正在运行当今最严苛的 应用，如用于IC制造的氧化物、ILD、STI、钨和铜。 它们具有出色的可靠性，性能超过250小时MTBF。 适用于200和300 mm晶圆直径的F-REX200和 F-REX300SII平台分别提供最先进的设计和性能，以 满足最先进的器件制造需求。它们提供面向用户的系 统配置，旨在实现最大吞吐量和所有干燥/干燥晶圆处 理功能。F-REX200工具代表了适用于200 mm晶圆的 最新CMP技术（也可用150 mm）。它采用了EB原专 利的干进干出晶圆处理技术。清洁模块集成在CMP工 具内，从而将干晶片输送到后续工艺中。F-REX200 系统配备2个压板，每个压板1个头和4个清洁站，可 选配4个盒式SMIF兼容装载端口和CIM主机通信。其
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2. 玻璃回流 BPSG回流平坦化
3. 旋涂膜层 通过在表面起伏的硅片上旋涂液体层间介质材 料获得平坦化的技术。旋涂膜层技术在0.35μm 及以上器件的制造中应用普遍。
3. 旋涂膜层
9.3 化学机械平坦化
化学机械平坦化CMP （Chemical Mechanical Planarization）也称为化学机 械抛光CMP（Chemical Mechanical Polish）是通过 化学反应和机械研磨相结合的方法对表面起伏的硅 片进行平坦化的过程。
LI 钨抛光
ILD 氧化硅抛光
双大马士革铜抛光
结语
谢谢大家！
CMP的机理 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。CMP的 微观作用是化学和机械作用的结合。
CMP技术的优点 1. 全局平坦化，台阶高度可控制到50Å左右 2. 平坦化不同的材料 3. 平坦化多层材料 4. 减小严重表面起伏 5. 能配合制作金属图形（大马士革工艺） 6. 改善金属台阶覆盖 7. 减少缺陷 8. 不使用危险气体
20世纪80年代后期，IBM开发了CMP用于半导体硅 片平坦化。
20世纪90年代中期，CMP成为多层金属化深亚微 米集成电路工艺的主要平坦化技术。
没有CMP就没有ULSI芯片。 CMP是表面全局平坦化技术。 CMP系统属于超精密设备， CMP技术平坦化后
的台阶高度可控制到50Å左右。
CMP的原理图
CMP技术的缺点 1. 新技术，工艺窗口窄，工艺变量控制相对较差。 2. 厚度及均匀性的控制比较困难加强终点检测。 3. 设备昂贵。
9.4 CMP的应用
STI 氧化硅抛光 LI 氧化硅抛光 LI 钨抛光 ILD 氧化硅抛光 钨塞抛光 双大马士革铜抛光
STI 氧化硅抛光
LI 氧化硅抛光
传统的平坦化技术 1. 反刻 2. 玻璃回流 3. 旋涂膜层
1. 反刻（回蚀） 在表面起伏的硅片上涂上一层光刻胶或其它材料做 为平坦化的牺牲层，然后利用比牺牲层快的刻蚀速 率刻蚀高处部分的过程称为反刻（也称为回蚀）。 反刻能达到局部平坦化。
1. 反刻（回蚀） 反刻平坦化
2. 玻璃回流 玻璃回流是利用硼磷硅玻璃（BPSG）在高温 （通常为850℃左右）的流动性进行的平坦化过 程。玻璃回流只能达到部分平坦化，它不能满足 亚微米IC中的多层金属布线技术的要求。
集成电路工艺第九章：化学机械抛光 解析
第九章：化学机械抛光
9.1 引 言
硅片的表面起伏问题
在IC工艺技术发展过程中，遇到了硅片的表面起伏 （即不平坦）这个非常严重的问题，它使亚微米光 刻无法进行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、超出 光刻机的焦深范围，无法实现亚微米线宽的图形转 移。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
硅片的表面起伏问题 双层金属IC的表面起伏
平坦化的定性说明 1）未平坦化 2）平滑：台阶角度圆滑和侧壁倾斜，台阶高度未减 3）部分平坦化：平滑且台阶高度局部减小
平坦化的定性说明
4）局部平坦化：完全填充较小缝隙或局部区域。 相对于平整区域的总台阶高度未显著减小
5）全局平坦化：局部平坦化且整个Si片表面总台阶高 度显著减小
9.2 传统的平坦化技术