半导体CMP制程简介
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 cmp 工作流程
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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。
cmp工作原理
CMP工作原理详解1. 概述CMP（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是一种集成电路制造工艺，用于制造大规模集成电路（VLSI）的互补金属氧化物半导体器件。
CMP工艺是目前最常用和成熟的半导体制造工艺之一，广泛应用于处理器、存储器、通信芯片等领域。
本文将详细解释CMP工作原理的基本原理，包括CMP工艺的步骤、CMP机理以及相关设备和材料。
2. CMP工艺步骤CMP工艺通常包括以下步骤：2.1 表面准备CMP工艺开始前，需要对晶圆表面进行准备，以去除残留物、平整表面并提供良好的衬底。
这一步通常包括化学清洗和机械抛光等操作。
2.2 涂覆在CMP工艺中，需要在晶圆表面涂覆一层薄膜，通常使用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等技术。
这一层薄膜可以作为CMP过程中的衬底，保护晶圆表面。
2.3 机械抛光机械抛光是CMP工艺的核心步骤，通过旋转的抛光盘和抛光液，将晶圆表面的材料进行抛光，以达到平整的效果。
抛光液通常包括磨料、腐蚀剂和缓冲液等成分。
抛光盘和晶圆之间的压力和速度可以调节，以控制抛光过程中的材料去除速率。
2.4 清洗和检测抛光后的晶圆需要进行清洗，以去除抛光液和残留物。
清洗通常使用化学溶液和超纯水等。
清洗后，需要对晶圆进行检测，以评估CMP工艺的效果和质量。
3. CMP机理CMP工艺的核心机理涉及磨料、腐蚀剂、缓冲液等多个方面。
3.1 磨料磨料是CMP过程中用于去除晶圆表面材料的重要组成部分。
磨料通常是固体颗粒，可以是氧化铝、二氧化硅等硬度较高的材料。
这些颗粒在抛光过程中与晶圆表面发生摩擦和磨损，去除表面材料。
3.2 腐蚀剂腐蚀剂是CMP过程中用于溶解晶圆表面材料的化学物质。
腐蚀剂可以与晶圆表面的材料发生化学反应，使其溶解或转化为易于去除的物质。
腐蚀剂的选择和浓度对CMP过程的效果有重要影响。
3.3 缓冲液缓冲液是用于调节CMP过程中pH值和离子浓度的溶液。
半导体工艺cmp介绍
半导体工艺cmp介绍半导体工艺CMP介绍一、概述半导体工艺CMP（Chemical Mechanical Polishing）是一种在半导体制造工艺中常用的平坦化技术。
它通过同时使用化学和机械的作用，将半导体材料表面的凸起部分与凹陷部分进行磨平，以达到提高晶片平坦度的目的。
CMP技术在集成电路制造、光刻工艺、薄膜制备等领域中得到广泛应用。
二、CMP原理CMP技术基于磨料与化学溶液的共同作用，通过摩擦力和化学反应来去除材料表面的不平坦性。
具体原理如下：1. 机械研磨：磨料粒子与半导体材料表面接触，通过摩擦力将表面凸起的材料磨平。
这些磨料粒子通常由氧化铝、二氧化硅等材料制成，具有硬度高、尺寸均匀的特点。
2. 化学反应：除了机械研磨外，CMP技术还需要使用一种化学溶液，通过与半导体材料表面发生化学反应来去除残留的凸起部分。
常用的化学溶液包括氢氟酸、硝酸等，其选择取决于材料的特性和需要处理的工艺。
三、CMP步骤CMP工艺通常包括以下几个步骤：1. 研磨液分配：将研磨液均匀地分布到半导体材料表面。
这一步骤需要控制研磨液的流动速度和压力，以确保研磨液能够覆盖整个表面并充分与材料接触。
2. 研磨：通过机械研磨和化学反应的共同作用，将材料表面的凸起部分磨平。
这一步骤需要控制研磨液中磨料粒子的浓度和大小，以及研磨头的旋转速度和压力，以达到所需的研磨效果。
3. 清洗：在完成研磨后，需要对材料表面进行清洗，去除研磨液和残留的研磨颗粒。
清洗步骤通常使用纯水或化学溶液进行。
4. 检测：最后一步是对研磨后的表面进行检测，以确保达到所需的平坦度和质量要求。
常用的检测方法包括光学显微镜、原子力显微镜等。
四、应用领域CMP技术在半导体制造工艺中有广泛的应用。
主要包括以下方面：1. 集成电路制造：在集成电路的制造中，CMP技术用于晶圆表面的平坦化，以提高电路的性能和可靠性。
它可以去除晶圆表面的凸起部分，使不同层间的连接更加可靠。
2. 光刻工艺：在光刻工艺中，CMP技术用于去除光刻胶和残留的光刻图形，以及改善光刻胶表面的平坦度。
半导体CMP工艺介绍
半导体CMP工艺介绍半导体CMP工艺的基本原理是将硅片或其他基底材料放置在旋转的抛光盘上，其中涂有一层精细研磨颗粒的抛光材料。
通过施加垂直于硅片表面的压力和旋转抛光盘，在化学溶液的作用下，研磨颗粒将不均匀的材料移除，从而使表面平整化。
此外，化学溶液中添加的缓冲剂和表面活性剂等物质还可以起到控制反应速率和表面质量的作用。
CMP工艺的应用主要包括以下几个方面：1.平坦化：在半导体制造的各个步骤中，不可避免地会产生不均匀的层厚度和表面高度差。
通过CMP工艺，可以将这些不均匀物质去除，实现表面的平整化。
平坦化可以提高电子器件的性能，减少漏电流和损耗，并且提高芯片的可靠性。
2.边缘控制：在制造微小结构的芯片中，边缘效应是一个很重要的因素。
通过CMP工艺，在边缘处可以实现材料的去除，从而改善边缘效应，并提高芯片的性能。
3.材料移除：在半导体器件的制造过程中，常常会有需要移除的材料层，例如氧化物、金属等。
通过选择合适的抛光材料和化学溶液，可以对这些材料进行高效、精确的去除。
4.纳米级平整化：随着科技的发展，芯片的制造尺寸不断减小，对表面平整度和光洁度的要求也越来越高。
CMP工艺可以实现纳米级别的平整化，使得芯片表面具有非常高的质量。
除了以上的应用之外，半导体CMP工艺还被广泛应用于高深度微细加工、背隙法制备硅为基的太阳能电池、数据存储器件等领域。
虽然CMP工艺在半导体制造过程中起到了重要作用，但是在实际应用中也存在一些挑战。
例如，选择合适的抛光材料和化学溶液，控制好抛光时间和压力等参数都需要精确的掌握。
此外，还需要解决杂质污染和热效应等问题，以确保芯片的质量和稳定性。
总之，半导体CMP工艺是一种重要的半导体后期加工技术，能够在半导体制造过程中实现表面的平整化和材料的去除。
它在半导体行业中的应用已经非常广泛，并且随着芯片制造尺寸的不断缩小和技术的不断进步，CMP工艺的发展和应用还具有很大的潜力。
化学机械抛光制程简介 半导体CMP工艺介绍PPT
0.1
1
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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
半导体制程培训CMP和蚀刻
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半导体制造工艺流程
干法刻蚀
优点：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好， 细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引 入污染，洁净度高。
缺点：成本高，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反应离子刻蚀（RIE）
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半导体制造工艺流程
单层金属IC的表面起伏剖面
顶层
氮化硅
Poly
n+
金属化前氧化层 侧墙氧化层 栅氧化层
垫氧 ILD
n+
场氧化层
氧化硅
Metal
氧化硅 Poly Metal
p+
p+
pห้องสมุดไป่ตู้ 外延层
n-阱 Metal
p+ 硅衬底
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半导体制造工艺流程
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半导体制造工艺流程
应用
化学机械抛光主要用于以下几个方面: ①深槽填充的平面化
②接触孔和过孔中的金属接头的平面化
③生产中间步骤中氧化层和金属间电介层的平面化
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半导体制造工艺流程
CMP技术的优点：
1．能获得全局平坦化； 2．各种各样的硅片表面能被平坦化； 3．在同一次抛光过程中对平坦化多层材料有用； 4．允许制造中采用更严格的设计规则并采用更多的互连层； 5．提供制作金属图形的一种方法。 6. 由于减小了表面起伏，从而能改善金属台阶覆盖； 7．能提高亚0.5微米器件和电路的可靠性、速度和成品率； 8．CMP是一种减薄表层材料的工艺并能去除表面缺陷； 9．不使用在干法刻蚀工艺中常用的危险气体。
半导体化学机械研磨(CMP)工艺解密
半导体化学机械研磨（CMP）工艺解密化学机械研磨工艺：是个材料移除过程，结合化学侵蚀及机械抛光的工艺，将芯片表面平坦化的一个过程，单纯的化学研磨，表面精度较高，损伤低，完整性好，不容易出现表面/亚表面损伤，但是研磨速率较慢，材料去除效率较低，不能修正表面型面精度，研磨一致性比较差；单纯的机械研磨，研磨一致性好，表面平整度高，研磨效率高，但是容易出现表面层/亚表面层损伤，表面粗糙度值比较低。
化学机械研磨吸收了两者各自的优点，可以在保证材料去除效率的同时，获得较完美的表面。
有一种洗面奶产品，里面带有颗粒和洗面奶，磨砂洗面奶是在洗面奶中添加一些微小的颗粒。
通过这些颗粒与皮肤表面的摩擦作用，可以使洗面奶更有效地清除皮肤污垢以及皮肤表面老化的角质细胞。
类似磨砂的同时加上肥皂清洗的结合，这就是化学机械研磨。
研磨制程根据研磨对象不同主要分为：硅研磨(Poly CMP)、硅氧化物研磨(Silicon oxide CMP)、碳化硅研磨（Silicon carbide CMP）、钨研磨(W CMP)和铜研磨(Cu CMP)。
化学机械研磨通常去除什么呢？下图的是不是坑坑洼洼，或者有不想要的牺牲层，那就磨掉吗为什么要化学机械研磨？刚出炉的芯片Layer如下图，高低不平，坑坑洼洼，怎么办？磨。
芯片切面化学机械研磨用什么磨？磨头压住芯片，下面垫一张砂纸，然后配上洗面奶（研磨液Slurry），开磨。
原理图化学机械研磨磨好了什么样？光滑了，平坦了，白白嫩嫩的样子研磨前后几个典型的化学机械研磨工序STI CMPLI CMPILD CMP大马士革化学机械研磨CMP工艺，通常使用研磨垫，研磨液进行研磨，汤汤水水的一个过程。
随着半导体精度的越来越高，CMP的难度变得越来越大，通常来说8寸工厂CMP的员工躺着干，爽的不得了，12寸工厂CMP的员工干到躺不下，苦逼哈哈的。
化学机械研磨设备的样子，上图戴斯乃Ebara EAC。
CMP工艺介绍及用滤芯
CMP工艺介绍及用滤芯Chemical Mechanical Polishing(CMP)化学机械抛光是一个化学腐蚀和机械摩擦的结合。
是目前最为普遍的半导体材料表面平整技术，兼收了机械摩擦和化学腐蚀的优点，从而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。
可以获得比较完美的晶片表面。
国际上普遍认为，器件特征尺寸在0.35μm以下时，必须进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率，而CMP是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。
其设备作用原理图如下：CMP耗材主要有以下几种：研磨液：研磨时添加的液体状物质，颗粒大小跟研磨后的刮伤等缺陷有关，颗粒越小越好。
基本形式是由SiO2抛光剂和一个碱性组分水溶液组成，SiO2颗粒的大小1-100nm，浓度1.5%-50%，碱性组成一般是KOH，氨或有机胺，pH为9.5-11，颗粒越大对晶片的损伤越大。
研磨垫：研磨时垫在晶片下面的片状物。
研磨垫整理器：钻石盘状物，整理研磨液。
研磨液过滤系统（Pall家资料）输送流程如下：不同的制程，需要的研磨液可能不同，研磨液的整个传输和应用流程都会用到滤芯进行过滤，主要是对研磨液中的颗粒进行过滤除杂，保证研磨液中颗粒大小的均匀性和稳定性。
半导体制备中常用的CMP制程如下：（1）前段制程中STI-CMP（Shallow trench isolation）电解质隔层，浅沟槽隔离技术，将wafer表面的氧化层磨平，前一站是CVD（化学气相沉积）区，后一站是WET（湿刻）区，抛光后露出SIN（硬质介质材料）。
STI研磨液通常由氧化铈磨料（5％-10％）的固含量。
高固含量（>10％）的气相二氧化硅研磨液也已被用于该制程。
Slurry Type 1.Tote to Day Tank 2.Global Loop 3.Point of Use(POU)Ceria（二氧化铈）Profile II Y002Profile II Y030Profile II Y002(capsule or cartridge)Fumed Silica（气相二氧化硅）CMPure CMPD1.5CMPure CMPD10Starkleen A010(capsule)CMPure CMPD1.5(cartridge)（2）后段制程中应用。
屏蔽栅 多晶硅 热氧化 cmp
屏蔽栅多晶硅热氧化cmp
屏蔽栅（Shallow Trench Isolation，STI）、多晶硅（Polysilicon）、热氧化（Thermal Oxidation）、CMP（Chemical Mechanical Polishing）是半导体制造中常见的工艺步骤。
以下是它们的简要介绍：
1.屏蔽栅（STI）：
STI 是一种用于隔离晶体管之间的工艺，通过在晶片表面形成浅沟槽来隔离不同的晶体管区域，以防止电子器件之间的干扰。
STI 的制造过程包括在硅片表面形成氧化层、刻蚀氧化层形成沟槽、填充沟槽并平坦化表面等步骤。
2.多晶硅（Polysilicon）：
多晶硅是一种由多晶颗粒组成的硅材料，常用于制造晶体管的栅极、连接线等部件。
制造多晶硅的过程包括硅气化、沉积、热退火等步骤，以形成具有良好电学性能的多晶硅薄膜。
3.热氧化（Thermal Oxidation）：
热氧化是一种利用高温氧化硅片表面形成氧化层的工艺，用于改善硅片的绝缘性能和表面质量。
热氧化的过程包括将硅片置于氧气环境中进行高温处理，使表面硅原子与氧气反应生成氧化层。
4.CMP（Chemical Mechanical Polishing）：
CMP 是一种半导体制造中常用的表面平坦化工艺，通过同时施加化学溶液和机械磨削来去除表面不均匀性，使硅片表面平坦度达到要求。
CMP 的过程包括在旋转的硅片表面施加磨削液体，通过化学反应和机械磨削同时去除表面杂质，最终得到平坦的表面。
以上是关于屏蔽栅、多晶硅、热氧化和CMP的简要介绍。
这些工艺步骤在半导体制造中扮演着重要角色，确保芯片的性能和质量。
半导体材料系列：CMP–晶圆平坦化必经之路，国产替代放量中
证券研究报告 | 行业深度2021年07月30日电子半导体材料系列：CMP –晶圆平坦化必经之路，国产替代放量中CMP全称为Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光，是半导体晶片表面加工的关键技术之一。
单晶硅片制造过程和前半制程中需要多次用到化学机械抛光技术。
与此前普遍使用的机械抛光相比，化学机械抛光能使硅片表面变得更加平坦，并且还具有加工成本低及加工方法简单的优势，因而成为目前最为普遍的半导体材料表面平整技术。
中游代工扩产叠加下游需求激增推动半导体材料市场持续增长。
此轮半导体景气度因为全球电子行业硅含量持续提高，并且受到外部疫情、经济景气周期、及行业的产能/库存等多维度影响进入了当前的供需严重失衡阶段，而此轮高景气度有望得到较长的维持，因此我们也看到各大晶圆厂上修Capex用以扩产，应对需求的爆发。
随着Capex的增长，我们可期半导体材料将会随着产能的投放，迎来需求的高速增长，这也将带动CMP抛光耗材的需求的增长。
芯片制程不断升级，带动CMP环节供需及价值量的不断增长。
随着各类芯片的技术的进步，抛光步骤也随之增长，从而实现了抛光垫及抛光液用量市场的持续增长。
同时随着芯片制程的提高带动的抛光材质技术要求的提升，以及整体半导体芯片市场的复苏，我们可以预期到未来CMP 市场的量*价的双重增高。
CMP耗材市场格局呈现高度集中，格局有望在国内市场复制，助力国产材料厂商实现高市占率。
CMP环节呈现类龙头垄断（抛光垫）和较为集中的寡头垄断（抛光液），其核心原因在于替代的潜在损失的机会成本较大、龙头厂商数十年深耕与客户粘性极高、海外龙头产品更为齐全，可为客户提供全套解决方案。
而随着中国CMP材料厂商不断突破及丰富产品，并且内资晶圆厂扩产迅速，有望给到内资CMP厂商巨大的机会窗口实现替代，并且延续海外的竞争格局，助力自身实现高市占率。
国内龙头：鼎龙股份（抛光垫）、安集科技（抛光液）。
cmp模组工艺技术
cmp模组工艺技术CMP（化学机械抛光）是一种用于平坦化制造过程中的工艺技术。
它主要用于平坦化硅片表面，以增加芯片制造的可靠性和性能。
CMP模组工艺技术在IC制造中被广泛应用，本文将介绍CMP模组工艺技术的原理、流程和应用。
CMP模组工艺技术的原理是利用化学反应和机械摩擦来去除硅片表面的不平坦性。
它包含一个研磨头，通常由聚氨酯材料制成，上面涂有磨料。
在机械摩擦的作用下，磨料与硅片表面发生化学反应，去除不平坦的部分。
CMP模组工艺技术的流程主要分为四个步骤：研磨（grinding）、抛光（polishing）、清洗（cleaning）和测量（measurement）。
首先，将硅片放置在CMP机中，研磨头进行旋转研磨，去除硅片表面的不平坦性。
然后，研磨头进行平均化磨削，使硅片表面更加平坦。
抛光完成后，使用清洗溶液清洗硅片，去除磨削过程中产生的残留物。
最后，使用微细测量仪器测量硅片表面的平坦度，以确保其达到要求的精度。
CMP模组工艺技术在IC制造中有广泛的应用。
首先，它可以用于晶圆的平坦化，以改善芯片的制造过程。
在制造晶体管等器件时，表面的平坦度是非常重要的，CMP可以实现高精度的平坦化，保证芯片的电性能。
其次，CMP还可以用于填充金属间隙。
在芯片制造过程中，通常需要填充金属间隙，以提高芯片的导电性能。
CMP可以去除填充物表面的不平坦性，使金属填充物更加均匀。
此外，CMP还可以用于多层芯片的制造。
在多层芯片制造中，需要通过CMP来实现不同层之间的平坦化。
总之，CMP模组工艺技术是一种在IC制造中广泛应用的工艺技术。
它利用化学反应和机械摩擦来实现硅片表面的平坦化，以提高芯片的可靠性和性能。
通过研磨、抛光、清洗和测量等步骤的组合，CMP可以实现高精度的平坦化，并在硅片制造中发挥着重要的作用。
CMP 制成介绍-中芯国际
平坦化分那几种？
BPSG REFLOW（回流） SOG （局部性平坦） ETCH BACK （均一腐蚀法） CMP （化学机械研磨）
Technology of Planarization
(A) Unplanarized
(B) Smoothing
After BPSG Reflow
(C) Smoothing Plus Partial Planarization
缺点：有局限性，只可用于TUNGSTEN上
CMP（化学机械研磨）
CMP平坦化技术的原理类似“磨刀”，这种机械式研 磨配合适当的化学助剂（Slurry), 把晶片表面高低起伏不 一的轮廓加以“磨平”使之平坦化。它可以研磨表面高达 94%以上的平坦度。
CMP的种类:Oxide CMP, Tungsten CMP, Cu CMP
CMP设备简图
POLISH TABLE 的简介图
缺点：当以铝为主的金属层覆盖到晶片的表面之后， 这种方法便不能被采用。
SOG（局部性平坦）
把一种溶于溶剂内的介电材料，以旋转的方式涂布在晶片 上。因为经涂布的介电材料可以随着溶剂在晶片的表面流动， 很容易把晶片表面填满，使之达到平坦化。当突起间的间距较 小时，这种方法具极佳的平坦度，间距很大时，SOG平坦化能 力将减弱，所以SOG的平坦化能力非常有限。
晶片制作流程
CMP(Chemical Mechanical Polishing) 化学机械研磨
CMP 是目前能提供超大规模集成电路制造过 程中全面平坦化的一种新技术，在含有胶状硅悬浮 颗粒的氢氧花钾研浆的帮助下完成抛光。用这种方 法可以真正使晶片表面平坦化。
什么是平坦化？
所谓的平坦化（Planarization)，就是把随晶片表面起 伏的介电层外观，加以平坦之的一种半导体制程技术。 经平坦化后的介电层，没有剧烈高低落差，因此在制 作接下来的金属内连线时，将比较容易进行，且转移 的导线图案也将比较精确。
cmp工艺技术
cmp工艺技术CMP工艺技术是化学机械抛光技术（Chemical Mechanical Polishing，CMP）的简称，是集化学反应和力学磨擦于一体的表面处理工艺。
该技术主要用于提高半导体器件制造过程中平坦度的要求，是制备高性能芯片的重要工艺之一。
CMP工艺技术最早应用于半导体行业，后来逐渐扩展到其他领域，如光电子器件、光纤通信、储存设备等。
它的作用是去除杂质、提高表面质量、改善界面性能、产生更平坦的表面，常用于材料的光洁度改善、表面粗糙度降低等方面。
CMP工艺技术的原理是在轮材的作用下，通过磨料和液体对材料表面进行磨擦和化学反应，以达到去除表面凸点和光洁度提高的目的。
具体来说，CMP工艺技术包括以下几个步骤：先将待处理基片放置在轮盘上，然后注入磨料颗粒和液体混合物，开始进行抛光过程。
磨料颗粒与基片表面发生摩擦，去除表面的高峰，同时液体中的化学物质对表面进行化学反应，去除残留的杂质。
最后再用清洗液将基片清洗干净，达到预期的光洁度。
CMP工艺技术具有许多优点。
首先，它可以消除表面的缺陷和杂质，使材料表面更平整、光洁。
这对于制造微电子器件的精密度要求非常重要，可以提高器件的性能和可靠性。
其次，CMP工艺技术有很高的可控性和重复性，可以精确控制加工参数，以满足不同材料和器件的加工要求。
再次，CMP工艺技术可以应用于多种材料，如硅、氧化硅、金属、玻璃等，具有很高的通用性。
此外，CMP工艺技术也可以用于不同尺寸的材料，从几纳米到几毫米，均可适用。
虽然CMP工艺技术有很多优点，但也存在一些挑战。
首先，由于抛光过程不可逆，一旦发生错误，很难修复，会造成较大的损失。
其次，抛光液中的化学物质对环境具有一定的影响，需要谨慎处理和处置。
最后，CMP工艺技术的设备成本较高，需要专业的设备和技术人员进行操作和维护。
总的来说，CMP工艺技术是一种非常重要的表面处理工艺，广泛应用于半导体制造和其他领域。
通过磨擦和化学反应的协同作用，可以实现材料表面的光洁度提高和平坦度改善。
半导体材料简介-CMP材料
CMP全称为Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光，是半导体晶片表面加工的关键技术之一，作用是实现晶圆全局均匀平坦化。
CMP在前道制程中应用最为广泛，在各种薄膜沉积工艺之后、光刻工艺之前被多次重复使用。
此外，CMP 在硅片制造的抛光环节、后段封装中的先进封装中也有所应用。
CMP原理与传统的纯机械或纯化学的抛光方法不同，CMP工艺是通过表面化学作用和机械研磨的技术结合起来，实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，从而达到晶圆表面纳米级平坦化，使下一步的光刻工艺得以进行。
CMP过程：抛光头将晶圆待抛光面压抵在粗糙的抛光垫上，借助抛光液腐蚀、微粒摩擦、抛光垫摩擦等耦合实现全局平坦化。
抛光盘带动抛光垫旋转，通过先进的终点检测系统对不同材质和厚度的磨蹭实现3~10nm分辨率的实时厚度测量防止过抛，更为关键的技术在于可全局分区施压的抛光头，其在限定的空间内对晶圆全局的多个环状区域实现超精密可控单向加压，从而可以响应抛光盘测量的膜厚数据调节压力控制晶圆抛光形貌，使晶圆抛光后表面达到超高平整度和超低表面粗糙度。
图1. CMP原理资料来源：Applied Materials，广发证券CMP 系统主要材料包括抛光液和抛光垫，分别占据抛光材料成本的 49% 和 33%。
其他抛光材料还包括抛光头、研磨盘、检测设备、清洗设备等。
图2. CMP材料细分占比资料来源：SEMI，华创证券CMP采用将机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺。
首先抛光液起到化学腐蚀的作用：介于工件表面和抛光垫之间的抛光液中的氧化剂、催化剂等于工件表面材料进行化学反应，在工件表面产生一层化学反应薄膜。
然后抛光垫起到机械摩擦的作用：由抛光液中的磨粒和由高分子材料制成的抛光垫通过机械作用将这一层化学反应薄膜去除，使工件表面重新裸露出来，然后再进行化学反应。
种类及应用抛光液是一种由去离子水、磨料、PH 值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成的水溶性试剂。
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
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CMP制程简介
– 研磨时垫在晶片下面的片状物。它的使用寿命会影响研磨速率等。
• 研磨垫整理器（condition disk）
– 钻石盘状物，整理研磨垫。
SMIC
CMP耗材的影响
• 随着CMP耗材（consumable）使用寿命（life time）的增加，CMP 的研磨速率（removal rate），研磨均匀度（Nu%）等参数都会发 生变化。故要求定时做机台的MONITOR。
Oxide
SIN
STI STI
SIN
STI
STI
CMP 前
SMIC
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。
35: Mirra 的机器手接着把WAFER从 LOADCUP 中拿出并送到MESA清洗。
56: MESA清洗部分有1）氨水（NH4OH）+MEGASONIC（超声波）糟 2）氨 水（NH4OH）刷。 3）氢氟酸水（HF)刷 4）SRD，旋转，烘干部。
61: 最后，FABS 样完毕了。
机器手把清洗S 完的M WAFIEC R 送回原本的CASSETTE。加工就这
SMIC
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。
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56: MESA清洗部分有1）氨水（NH4OH）+MEGASONIC（超声波）糟 2）氨 水（NH4OH）刷。 3）氢氟酸水（HF)刷 4）SRD，旋转，烘干部。
61: 最后，FABS 样完毕了。
机器手把清洗S 完的M WAFIEC R 送回原本的CASSETTE。加工就这
SMIC
Introduction of CMP
F-Rex200 机台概貌
SMIC
终点探测图 （STI CMP endpoint profile）
光学
SMIC
摩擦电流
Introduction of CMP
为什么要做化学机械抛光 （Why CMP）?
SMIC
Introduction of CMP
• ROUTINE MONITOR 是用来查看机台和制程的数字是否稳定， 是否在管制的范围之内的一种方法。
SMIC
Introduction of CMP
CMP Mirra-Mesa 机台简况
SMIC
Introduction of CMP
Mirra-Mesa 机台外观-侧面
SMIF POD
WET ROBOT
Oxide
SIN
STI STI
SIN
STI
STI
CMP 前
SMIC
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。
平坦化 范围 (微米)
SMIC
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
SMIC
Introduction of CMP
初始形貌对平坦化的影响
A
终点探测 Endpoint Detection
SMIC
钻石整理器 Diamond Conditioner
Introduction of CMP
CMP 机台的基本构造(II)
SMIC
Introduction of CMP
Mirra 机台概貌
Silicon wafer
Diamond disk
SMIC
SMIC
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
功能： 长 W 膜 以便导电 用。
SMIC
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。
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。
SMIC
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。
应用于生产中。 • 1998: IBM 首次使用铜制程CMP。
SMIC
Introduction of CMP
CMP制程的全貌简介
SMIC
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
~End~
SMIC
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。
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
SMIC
Introduction of CMP
没有平坦化情况下的PHOTO
SMIC
Introduction of CMP
各种不同的平坦化状况
23: Mirra 的机器手接着把WAFER从暂 放台运送到LOADCUP。LOADCUP 是WAFER 上载与卸载的地方。
34: HEAD 将WAFER拿住。CROSS 旋 转把HEAD转到PLATEN 1到2到3如 此这般顺序般研磨。
HEAD
43: 研磨完毕后，WAFER 将在 LOADCUP御载。
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。
SMIC
Introduction of CMP
CMP耗材
SMIC
Introduction of CMP
CMP耗材的种类
• 研磨液（slurry）
– 研磨时添加的液体状物体， 颗粒大小跟研磨后的刮伤等缺陷有关。
• 研磨垫（pad）
– 研磨时垫在晶片下面的片状物。它的使用寿命会影响研磨速率等。
• 研磨垫整理器（condition disk）
– 钻石盘状物，整理研磨垫。
SMIC
CMP耗材的影响
• 随着CMP耗材（consumable）使用寿命（life time）的增加，CMP 的研磨速率（removal rate），研磨均匀度（Nu%）等参数都会发 生变化。故要求定时做机台的MONITOR。
• Oxide CMP 的前一站是长Oxide的CVD区，后一站是Photo区。
CMP 前
CMP 后
SMIC
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
W CVD
功能：Glue（粘合） and barrier （阻隔）layer。以 便W得以叠长。
Introduction of CMP
化学机械抛光制程简介
（Chemical Mechanical PolishingCMP)
SMIC
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
MIRRA
FABS
MESA
SMIC
Introduction of CMP
Mirra-Mesa 机台外观-俯视图
Top view
(Mesa)
Mirra
SMIC
Introduction of CMP
Mirra-Mesa 机台-运作过程简称
6
5
2
3
1
4
12: FABS 的机器手从cassette 中拿出未 加工的WAFER并送到WAFER的暂放 台。
没有平坦化之 前
平滑化
局部平坦化
全面平坦化
SMIC
Introduction of 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
SMIC
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