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300mm硅片化学机械抛光技术分析
目前,超大规模集成电路制造技术已经发展到了0.12μm和300mm时代,特征线宽为0.1μm的技术也正在走向市场。随着特征线宽的进一步微小化,对硅片表面的平坦化程度提出了更高的要求,CMP被公认为是ULSI阶段最好的材料全局平坦化方法,该方法既可以获得较完美的表面,又可以得到较高的抛光速率,已经基本取代了传统的热流法、旋转式玻璃法、回蚀法、电子环绕共振法、等离子增强CVD、淀积-腐蚀-淀积等技术。
传统的对基底硅材料的CMP为单面抛光,但是随着超大规模集成电路的不断发展,单面抛光已经不能满足更小线宽的要求,故在对用于线宽为0.09~0.13μm工艺的300mm硅片的加工中需进行双面化学机械抛光,这也是未来大直径硅片加工的发展趋势。
  1965年Walsh和Herzog首次提出了化学机械抛光技术,之后逐渐被应用。在半导体行业,CMP最早应用于集成电路的基底硅材料的抛光中,其后被逐步应用于集成电路的前半制程中(集成电路的制造过程共分为4个阶段:单晶硅片制造-前半制程-硅片测试-后半制程) [2],主要用于层间介质,绝缘体,导体,镶嵌金属W、Al、Cu,多晶硅,硅氧化物沟道等的平面化中。
  抛光时,旋转的工件以一定的压力施于随工作台一起旋转的抛光垫上,而由亚微米或纳米磨料和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动,并在工件表面产生化学反应,工件表面形成的化学反应物由磨料的机械摩擦作用去除。在化学成膜与机械去膜的交替过程中,通过化学与机械的共同作用从工件表面去除极薄的一层材料,最终实现超精密表面加工。两个过程的快慢综合和一致性影响着工件的抛光速度和抛光质量。抛光速度主要由这两个过程中速度较慢的过程所控制。因此,要实现高效率、高质量的抛光,必须使化学作用过程与机械作用过程进行良好的匹配。如果化学腐蚀作用大于机械磨削作用则在抛光面表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹;如果机械磨削作用大于化学腐蚀作用则在抛光表面产生高损伤层和划道。
  基底硅抛光片质量的优劣,对器件与集成电路的电学性能和成品率有着极其重要的影响,这主要是由于光刻机的焦深变得越来越短,硅基底或薄膜层上极其微小的高度差异都会使IC的布线图形发生变形、扭曲、错位,结果导致绝缘层的绝缘能力达不到要求,或金属连线错乱而出现废品。
  CMP技术已经发展和应用了多年,但还有很多理论和技术问题需要解决,尤其是大直径硅片的双面化学机械抛光。针对不同厂家、不同规格的生产,应根据实际情况,对系统过程变量进行调整,使其优化与稳定,从而建立完善适合自己的抛光工艺。相信在不久的将来,化学机械抛光技术将会更加成熟与完善。
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