CMP抛光材料关键工艺及材料成本
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
CMP是芯片制造的关键技术，根据不同工艺制程和技术节点的要求，每一片晶 圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道的CMP抛光工艺步骤，主要用于硅片及硅 片以上金属层、层间介质层（ILD）和其他结构的表面平坦化。
硅片平坦化：在集成电路生产中，最小特征尺寸小于0.35μm芯片的硅片表面必 须进行全局平坦化，否则会对刻蚀的精确度和效率产生影响，导致接触不良，漏电 ， 电子转移等问题。CMP是目前唯一能实现全局平坦化的技术（其他技术只能做 到局 部平坦化），是芯片制造的关键技术。 图2：平坦化工艺前后的器件表面对比
硅片上的金属层、层间介质层（ILD）和其他结构：芯片的金属层和层间介质层 （ILD）数量会随工艺进步而增加,130nm芯片包含六层金属,而5nm芯片预期至少会 有14层金属，每层金属之间沉积有一层层间介质层（ILD），隔离上下两层金属层， 最底部层间介质层（IDL）以下还可能存在钨塞、浅槽隔离层(STI)、硅通孔（TSV） 等结构。这些金属层、层间介质层和其他结构表面都需要使用CMP进行平坦化处理。 根据杜邦披露，目前7nm以下逻辑芯片中CMP抛光步骤约三十步，最先进芯片可达 四十二步。
2
图3：晶圆内部金属层、层间介质层（ILD）和其他结构均需使用CMP工艺
表1：金属层、氧化物层和硅片表面处理均需使用CMP
CMP 应用领域
应用的芯片
铜及铜阻挡层
Logic、3D NAND、DRAM
金属层
钨及钨阻挡层
3D NAND、DRAM、部分Logic
铝
Metal gate（28nm及以下）
钴
10nm以下芯片
CMP 抛光是晶圆平坦化的关键工艺
CMP即化学机械抛光，是通过表面化学腐蚀和机械研磨的技术结合来实现晶圆 表面微米/纳米级不同材料的去除，从而达到晶圆表面的高度（纳米级）平坦化效应。 CMP工作原理是在一定压力下及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运 动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结 合， 使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。 图1：CMP工艺原理图
3
图4：CMP关键部件及工作要点
图5：2019年CMP抛光材料成本占比
5% 4% 9%
49% 33% 抛光液 抛光垫 调节器 清洁 其他
4
氧化物层
层间介质层（ILD）
Logic、3D NANDgic、3D NAND、DRAM
硅片
硅片表面
3D NAND、硅片加工
多晶硅
D NAND、DRAM、Logic
抛光液和抛光垫是CMP抛光工艺的关键材料。抛光机、抛光液和抛光垫是CMP 工艺的三大关键要素，其中抛光液、抛光垫属于易耗品且价值量较高，分别占到抛 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。国内抛光液的龙头为安集科技，鼎龙股份是抛光垫的主要厂商，此外近期万 华化学也切入抛光材料领域。
CMP是芯片制造的关键技术，根据不同工艺制程和技术节点的要求，每一片晶 圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道的CMP抛光工艺步骤，主要用于硅片及硅 片以上金属层、层间介质层（ILD）和其他结构的表面平坦化。
硅片平坦化：在集成电路生产中，最小特征尺寸小于0.35μm芯片的硅片表面必 须进行全局平坦化，否则会对刻蚀的精确度和效率产生影响，导致接触不良，漏电 ， 电子转移等问题。CMP是目前唯一能实现全局平坦化的技术（其他技术只能做 到局 部平坦化），是芯片制造的关键技术。 图2：平坦化工艺前后的器件表面对比
硅片上的金属层、层间介质层（ILD）和其他结构：芯片的金属层和层间介质层 （ILD）数量会随工艺进步而增加,130nm芯片包含六层金属,而5nm芯片预期至少会 有14层金属，每层金属之间沉积有一层层间介质层（ILD），隔离上下两层金属层， 最底部层间介质层（IDL）以下还可能存在钨塞、浅槽隔离层(STI)、硅通孔（TSV） 等结构。这些金属层、层间介质层和其他结构表面都需要使用CMP进行平坦化处理。 根据杜邦披露，目前7nm以下逻辑芯片中CMP抛光步骤约三十步，最先进芯片可达 四十二步。
2
图3：晶圆内部金属层、层间介质层（ILD）和其他结构均需使用CMP工艺
表1：金属层、氧化物层和硅片表面处理均需使用CMP
CMP 应用领域
应用的芯片
铜及铜阻挡层
Logic、3D NAND、DRAM
金属层
钨及钨阻挡层
3D NAND、DRAM、部分Logic
铝
Metal gate（28nm及以下）
钴
10nm以下芯片
CMP 抛光是晶圆平坦化的关键工艺
CMP即化学机械抛光，是通过表面化学腐蚀和机械研磨的技术结合来实现晶圆 表面微米/纳米级不同材料的去除，从而达到晶圆表面的高度（纳米级）平坦化效应。 CMP工作原理是在一定压力下及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运 动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结 合， 使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。 图1：CMP工艺原理图
3
图4：CMP关键部件及工作要点
图5：2019年CMP抛光材料成本占比
5% 4% 9%
49% 33% 抛光液 抛光垫 调节器 清洁 其他
4
氧化物层
层间介质层（ILD）
Logic、3D NANDgic、3D NAND、DRAM
硅片
硅片表面
3D NAND、硅片加工
多晶硅
D NAND、DRAM、Logic
抛光液和抛光垫是CMP抛光工艺的关键材料。抛光机、抛光液和抛光垫是CMP 工艺的三大关键要素，其中抛光液、抛光垫属于易耗品且价值量较高，分别占到抛 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。国内抛光液的龙头为安集科技，鼎龙股份是抛光垫的主要厂商，此外近期万 华化学也切入抛光材料领域。