CMP技术的简介
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CMP技术发展优势及应用CMP(Chemical Mechanical Polishing,化学机械抛光)技术是一种同时使用化学和机械作用来平整表面的技术。
它通过在抛光过程中,通过磨料和化学物质组成的混合物对表面进行研磨,以去除表面缺陷和减小表面粗糙度。
CMP技术在半导体、光电子、玻璃纤维通信、硬盘和显示器等领域有广泛的应用。
本文将介绍CMP技术的发展优势和应用。
首先,CMP技术的发展优势在于它能够处理不同类型的材料和表面。
CMP技术适用于金属、半导体、光学材料、陶瓷和复合材料等多种材料的表面处理。
同时,CMP技术也适用于平面和曲面等不同形状的表面。
这种多功能性使得CMP技术成为各种复杂材料和结构的重要处理方法。
其次,CMP技术可以实现高度的表面平整度。
CMP技术可以去除表面微观缺陷,如坑洼、裂纹、小颗粒等,达到非常高的表面平整度。
这对于微电子器件制造过程中的光罩制作、电路层的平整处理等工艺步骤非常重要。
第三,CMP技术可以控制材料的拓扑特征。
CMP技术通过改变磨料的尺寸、形状和硬度,以及调节化学溶液的成分和浓度,可以对材料表面进行不同程度的研磨和去除。
这种可控性使得CMP技术能够满足不同材料和表面的加工要求。
第四,CMP技术可以实现高精度的尺寸和形状控制。
CMP技术可以控制磨料的尺寸和形状,以及化学溶液的成分和浓度,从而实现高精度的尺寸和形状控制。
这在微电子器件制造过程中的光罩制作和线宽控制等方面非常重要。
最后,CMP技术具有高效性和可重复性。
CMP技术可以在短时间内完成表面平整处理,并且可以重复执行多次,以达到所需的表面质量。
这种高效性和可重复性使得CMP技术在大规模生产中非常有吸引力。
CMP技术在多个领域有广泛的应用。
在半导体制造中,CMP技术用于制造平整的衬底和金属膜、去除表面缺陷和平坦化多层结构。
在光电子领域,CMP技术用于制造平整的光罩、控制光学元件的形状和尺寸。
在硬盘制造中,CMP技术用于制造平整的磁头和盘片。
cmp设备工艺技术CMP设备工艺技术CMP(Chemical Mechanical Polishing,化学机械抛光)是一种高精度平坦化工艺,广泛应用于集成电路、光电子器件和MEMS等领域。
CMP设备工艺技术是CMP工艺实施的核心,下面将介绍一些CMP设备工艺技术的关键点。
首先是CMP设备的基本构成。
CMP设备主要由抛光头、液体供给系统、研磨盘和控制系统等部分组成。
抛光头是CMP的核心部件,负责在研磨盘上进行材料的抛光和平坦化。
液体供给系统通过喷射喷雾器将研磨液喷洒到研磨盘上,起到冷却、清洗和润滑的作用。
研磨盘是将材料固定在上面进行抛光的平台,通常由金属材料制成,表面覆盖有聚氨酯或聚合物薄膜。
控制系统负责控制CMP过程中的压力、速度、温度和材料移除率等参数。
其次是CMP设备工艺的关键技术。
首先是研磨液的选择和配方。
研磨液是CMP过程中起到化学反应和材料移除的关键因素。
研磨液的选择应根据待抛光材料的特性和需求进行,常见的研磨液有氧化铝、铝羟基磷酸盐和二氧化硅等。
研磨液的配方需根据具体工艺要求进行优化,包括溶液的pH值、离子浓度和表面活性剂的添加等。
其次是抛光头的设计和优化。
抛光头的设计应考虑到待抛光材料的特性以及所需抛光质量的要求。
抛光头通常由金属或聚合物制成,具有多个孔洞用于喷洒研磨液。
抛光头的结构和孔径大小会影响到研磨液的喷射和分布情况,进而影响到抛光质量。
优化抛光头的设计可以改善CMP的均匀性、速度和材料移除率等性能。
最后是工艺参数的控制和优化。
CMP过程中的工艺参数包括压力、速度、温度和时间等。
这些参数的选择和控制对于抛光质量和效率都有着重要的影响。
压力的选择应根据待抛光材料的硬度和脆性进行,过高或过低的压力都会导致抛光质量的下降。
速度的选择应适应待抛光材料的特性和要求,过高的速度可能导致材料的损伤,而过低的速度可能导致抛光效率的下降。
温度的控制可以影响到研磨液的化学反应和材料的软化,进而影响到抛光质量的提高。
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。
cmp化学机械抛光用途CMP(Chemical Mechanical Polishing)化学机械抛光是一种先进的表面加工技术,广泛应用于半导体制造及其他高科技领域。
它通过使用化学溶液与机械研磨相结合的方式,能够实现对材料表面的高效平整化和去除缺陷的目的。
CMP技术在半导体制造、光电器件制造、玻璃加工、陶瓷工艺等领域有着重要的应用,下面将分别介绍其具体用途。
在半导体制造方面,CMP技术广泛应用于晶片的平坦化和平整化过程。
随着集成电路的高度集成和微细化,晶片表面的缺陷对器件性能产生的影响越来越大。
通过CMP技术可以将晶片表面的纹理化、氧化物和金属膜的不平整性等缺陷去除,使晶片表面获得更加平坦、光滑的状态。
这对于提高晶片的可靠性和电子器件的性能有着重要意义。
在光电器件制造中,CMP技术主要应用于光纤的制备过程中。
光纤作为一种非常重要的光学器件,其表面的平整性和透明度对其传输性能有着关键影响。
通过CMP技术可以去除光纤表面的凹凸不平、微裂纹等缺陷,使光纤表面的粗糙度和表面光洁度得到一定程度的提高,从而提高光纤的传输效率和质量。
在玻璃加工行业中,CMP技术被广泛应用于高精度玻璃零件的加工和修磨过程中。
在光学玻璃、平板显示器、光学镜片等玻璃材料的加工过程中,CMP技术可以实现对玻璃表面的平整化、去除划痕和破损等缺陷,使玻璃表面获得更加平坦、透明的状态。
此外,CMP技术还可以应用于玻璃的抛光和光学薄膜的制备等工艺中,为高精度光学器件的制造提供技术支持。
在陶瓷领域,特别是高性能陶瓷的制备过程中,CMP技术也被广泛应用。
高性能陶瓷往往具有高硬度、高抗磨损性和高温稳定性等优良性能,但其制备过程中易出现表面缺陷。
CMP技术可以去除陶瓷材料表面的微裂纹、凹坑、毛刺等缺陷,使陶瓷表面得到一定程度的平整和修磨。
这对于提高陶瓷材料的机械性能、增强材料的耐磨性和延长材料的使用寿命具有重要意义。
总之,CMP化学机械抛光技术在半导体制造、光电器件制造、玻璃加工、陶瓷工艺等领域具有重要的应用。
CMP技术发展优势及应用CMP(Chemical Mechanical Polishing)技术是一种微电子工艺中用于平整化表面的关键工艺。
其主要原理是在特定化学溶液和磨料的作用下,通过机械力将材料表面的高点和凹陷同时去除,从而获得平整的表面。
1.高度平整化:CMP技术可以实现极高的表面平整度,从几纳米到亚纳米量级的表面高度差可以被消除。
这对于微电子制造尤其是集成电路的制造来说至关重要,因为在集成电路中,不同层之间的间隙需要达到非常小的尺寸,而CMP技术可以确保层与层之间的平整度,从而提高器件的可靠性和性能。
2.高加工精度:CMP技术可以精确调控磨料的颗粒大小和浓度,以及化学溶液中的组分,因此可以实现高度精确的加工。
这对于微电子制造来说至关重要,因为微电子器件的尺寸已经达到了纳米级别,如何在这个尺寸下实现高精度的加工是一个挑战,而CMP技术正是解决这个问题的关键。
3.多功能性:CMP技术不仅可以用于金属材料的加工,还可以用于绝缘材料、半导体材料等不同种类材料的加工。
这使得CMP技术具有广泛的应用范围,不仅在集成电路制造中,还可以应用于光学镜片的加工、陶瓷材料的加工等领域。
4.增强可靠性:CMP技术可以去除材料表面的颗粒、缺陷和氧化层等,从而降低器件的漏电流和故障率,提高器件的可靠性和性能。
这对于集成电路的制造来说尤为重要,因为集成电路中的微观缺陷和杂质可能会导致器件故障或性能下降。
1.集成电路制造:CMP技术在集成电路制造中的应用非常广泛。
它可以用于平整化不同层之间的介质、金属线、氧化物等材料,确保不同层之间的间隙达到所需的尺寸,从而实现集成电路的高度集成和高性能。
2.光刻胶除去:在光刻过程中,为了形成图案,需要涂覆光刻胶在硅片表面,然后进行曝光和显影。
曝光后,需要将未曝光部分的光刻胶除去,而CMP技术可以高效地去除这些光刻胶,从而得到所需的图案。
3.器件封装:CMP技术可以用于器件封装中金属基板的平整化,确保封装粘合剂和芯片之间的平整度,提高器件的可靠性和性能。
cmp化学机械抛光用途
CMP(化学机械抛光)技术是一种用于半导体制造和微电子工艺中的表面平整化处理方法。
它结合了化学腐蚀和机械磨削的作用,能够在纳米级别上实现材料表面的平整度。
CMP技术在以下几个方面有广泛的应用:
1.硅片制造:在硅片制造过程中,CMP技术用于去除硅片表面的杂质和凸凹,以获得平整的表面。
这一过程对于后续的集成电路制造和封装至关重要。
2.集成电路制造:在IC制造过程中,CMP技术被用于氧化扩散、化学气相沉积、溅镀和保护层沉积等环节。
它能够有效地去除薄膜层之间的杂质和不平整度,提高芯片的性能和可靠性。
3.先进封装:CMP技术在先进封装领域也有广泛的应用,如倒装芯片封装、三维封装等。
通过CMP技术,可以实现高平整度的封装表面,提高封装效率和可靠性。
4.测试与分析:在半导体器件的测试和分析过程中,CMP技术可以用于制备样品表面,以获得精确的测试结果。
5.其他领域:CMP技术还应用于光电子器件、太阳能电池、发光二极管等领域。
在这些领域,CMP技术可以提高器件的性能和可靠性,降低生产成本。
总之,CMP技术在半导体和微电子行业中发挥着重要作用,为高性能集成电路和高品质封装提供了关键的表面处理手段。
随
着半导体技术的不断发展,CMP技术在我国的研究和应用将越来越广泛。
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”。
化学机械抛光技术的原理及应用化学机械抛光技术(Chemical Mechanical Polishing,简称CMP),是一种兼具物理与化学原理的半导体制造工艺。
它使用了化学反应和机械磨擦相结合的方式,以达到在硅片表面形成平整、精细的表面结构的目的。
近年来,随着芯片制造工业的不断发展,化学机械抛光技术已经成为半导体光刻制程中必要的工艺步骤。
一、原理化学机械抛光技术的原理就是先将磨料和化学药品混合在一起,形成一定浓度的溶液,然后将此溶液涂布到芯片表面进行加工。
当芯片与磨料及化学药品溶液接触后,化学药品将会发生化学反应,改变硅片表面的化学性质,使其发生软化,从而有利于磨料的附着。
同时,磨料的有序分布可以起到增大切削速率的作用。
这种工艺使用的磨巧通常是硬化颗粒状的氧化铝或硅石,其径数大约在50微米左右。
在施加机械力的情况下,这些颗粒会像刀片一样切削硅片表面,起到去除芯片表面不平整结构的作用。
在这个过程中,通过加入一些稳定镜面表面的化学药剂,同时控制磨擦力和磨料大小,可以使得抛光表面形成高质量的精细图案。
二、应用CMP 技术在半导体制造过程中,主要起到了以下五方面的作用:1. 通过将芯片表面变得平整,可以避免由于局部结构过高而产生的散射现象。
这在半导体射频器件制造过程中尤其显著,因为在射频器件中,即使极小的表面误差也可能会导致性能下降。
2. 加工抛光可以去除杂质,避免在后续加工过程中导致不必要的错误。
3. 因为半导体表面物质的颗粒试剂是微小的,所以它们之间的摩擦力往往很强。
通过 CMP 技术,可以让它们表面变得较为光滑,降低其表面能,减小其之间摩擦力,提高运动时的流畅度。
4. 由于 CMP 可以加工各种硬度的材料,因此它可以用于各种材料的制程步骤,如碳化硅、钨等高熔点材料。
这种方法相对于机械加工可以省略多道步骤,从而实现一系列化学加工和机械加工的一体化。
5. CMP 技术可以有效地平整硅片表面,使得不同的电路之间板面间距更小。
CMP(化学机械抛光)技术发展优势及应用CMP-化学机械抛光技术它利用了磨损中的“软磨硬”原理,即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。
在一定压力及抛光浆料存在下,被抛光工件相对于抛光垫作相对运动,借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合,在被研磨的工件表面形成光洁表面151. CMP 技术最广泛的应用是在集成电路(IC)和超大规模集成电路中(ULSI)对基体材料硅晶片的抛光。
而国际上普遍认为,器件特征尺寸在0.35 5m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。
其中化学机械抛光浆料是关键因素之一。
抛光磨料的种类、物理化学性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等均与抛光效果紧密相关。
此外,抛光垫的属性(如材料、平整度等)也极大地影响了化学机械抛光的效果.随着半导体行业的发展,2003年,全球CMP抛光浆料市场已发展至4.06亿美元.但国际上CMP抛光浆料的制备基本属于商业机密,不对外公布。
1化学机械抛光作用机制CMP作用机理目前还没有完整的从微观角度的理沦解释。
但从宏观上来说,可以解释如下:将旋转的被抛光晶片压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上,而抛光浆料在晶片与底板之间连续流动。
上下盘高速反向运转,被抛光晶片表面的反应产物被不断地剥离,新抛光浆料补充进来,反应产物随抛光浆料带走。
新裸露的品片平面又发生化学反应,产物再被剥离下来而循环往复,在衬底、磨粒和化学反应剂的联合作用下,形成超精表面,要获得品质好的抛光片,必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用达到一种平衡。
如果化学腐蚀作用大于机械抛光作用,则会在抛光片表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹;反之,机械抛光作用大于化学腐蚀作用则表面产生高损伤层.为了进一步了解CMP作用的本质,近年来国内外有很多关于CMP作用微观机理的研究.清华人学王亮亮、路新春的研究表明:CMP中主要是低频、大波长的表面起伏被逐渐消除,而小尺度上的粗糙度并未得到显著改善;当颗粒直径在10^-25 nm的范围时,粒径和粗糙度不存在单调的增减关系;桔皮的产生主要是抛光浆料中碱浓度过高所致。
CMP技术的简介作者:康洪亮王云彪黄彬张春翔吴桐来源:《中国科技博览》2013年第17期[摘要]本文通过查阅一些文献,简单的介绍了化学机械抛光技术的基本原理,对影响化学机械抛光的主要因素进行了主要分析,并对其研究发展趋势进行了一下展望,以方便读者对化学机械抛光技术进行初步了解。
[關键词]化学机械抛光抛光液抛光垫影响因素发展趋势中图分类号:TU31 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)17-322-02一、CMP作用机理化学机械抛光(CMP)是由IBM公司于1980年代中期开发出来的[1]。
CMP 作用机理从宏观上来讲:将旋转的被抛光晶片压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上,而抛光液在晶片与抛光布之间连续流动。
上下盘高速反向运转,被抛光晶片表面的反应产物被不断地剥离,反应产物随抛光抛光液带走,新抛光抛光液补充进来。
新裸露的晶圆平面又发生化学反应,产物再被剥离下来而循环往复[2],在衬底、磨粒和化学反应剂的联合作用下,形成超精表面。
要获得品质好的抛光片,必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用达到一种平衡。
如果化学腐蚀作用大于机械抛光作用,则会在抛光片表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹;反之,机械抛光作用大于化学腐蚀作用则表面产生高损伤层,表面光洁度差,易划伤,抛光过程中易碎片[3]。
二、CMP技术影响因素2.1 CMP抛光液CMP的重重中之重是选择一种高质、高效的抛光液。
抛光液的成分主要由3部分组成:磨料粒子,成膜剂和助剂,腐蚀介质。
磨料粒子通常是采用SiO2、Al2O3、TiO2等,不宜用硬度太高的材料。
抛光液的稳定性主要取决于PH、离子强度、压力、温度等。
其中PH值选择对硅晶片的CMP有很大的关系。
在抛光过程中磨料粒子的尺寸分布、磨料的性能及是否团聚也是CMP研磨浆液稳定的关键。
这就要求对磨料处理过滤并细化以减少过程中的缺陷,保持全面平坦化。
当然表面活性剂的加入也有利于浆液的稳定性。
SiO2是目前最具代表性的CMP用抛光磨料,已在IC行业的介电薄膜、单晶硅抛光方面得到广泛的应用。
SiO2 抛光料的优点是选择性和分散性好,机械磨损性能较好,化学性质较活泼,后清洗过程废液处理较容易,其缺点是硬度较高,易在被抛光物体表面造成不平整,且在抛光抛光液中易产生凝胶现象,对抛光速度的稳定性有不良影响,同时会使被抛光物体表面产生刮伤。
SiO2 抛光抛光液的 pH 值、磨料粒径(50~200 nm)与分散度、浓度等都对其抛光效果有很大的影响。
目前,对影响 SiO2 抛光抛光液抛光效果(高抛光速率、低表面损伤、高表面平整度、易清洗等)的各种因素(抛光抛光液粒度、PH 值、温度、抛光抛光液流速等)的研究已比较成熟[4]。
2.2 抛光布与抛光垫抛光布品种很多,大体可分为粗抛布、细抛布、精抛布等。
采用粗抛布配粗抛液抛光时,由于粗抛布较硬,粗抛液中固体颗粒较大,因此抛光速度较快,平行度、平整度也较好,但表面较粗糙,损伤层较严重;采用精抛布配精抛液抛光时,由于精抛布较软,精抛液中固体颗粒较小,因此可以增加光洁度,同时去除粗抛时留下的损伤层。
故采用粗精抛相结合的办法,既可保持晶片的平行度、平整度,又可达到去除损伤层及保持硅片表面高光洁度的目的。
在抛光垫方面,其主要成分为聚氨酯树脂,它们可以做成各种形状以满足各种不同的需要。
抛光垫上有很多小孔,这些小孔有利于输送抛光液和抛光,还可用于将抛光液中的磨蚀粒子送入硅片表面并去除副产品。
在使用中,抛光垫在对若干片晶片进行抛光后被研磨得十分平整,同时孔内填满了磨料粒子和片子表面的磨屑聚集物,一旦产生釉化现象,就会使抛光垫失去部分保持研浆的能力,抛光速率也随之下降,同时还会使硅片表面产生划伤,对电路元件造成损伤。
因此抛光垫表面须定期地用一个金刚石磨料盘修整,这样便可延长抛光垫的使用寿命。
2.3 PH值的影响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。
常用的抛光液分为酸性,碱性两类。
酸性抛光液具有可溶性好、酸性范围内氧化剂较多、抛光效率高等优点,常用于抛光金属材料,例如铜、钨、铝、钛等。
当pH碱性抛光液具有腐蚀性小、选择性高等优点,通常用于抛光非金属材料,例如硅、氧化物及光阻材料等。
当pH>7时,随着pH值的增大,表面原子、分子之间的结合力减弱,容易被机械去除,抛光效率提高,但表面刮痕尺寸增大;随着PH值的增加硅的去除率随之增加,但PH值达到12.5以后,表面从疏水性变为亲水性,去除速率出现明显下降,所以碱性抛光液的pH最优值为10- 11.5,常通过向水溶液中加入Na0H、KOH或NH40H来控制。
由于抛光过程中是以化学腐蚀作用为主OH-在抛光过程中起着非常重要的作用,因此要求抛光液的PH稳定。
另外,抛光液的PH值的大小要与压力、温度等系数匹配,否则影响抛光速率和表面质量。
碱性抛光液的致命缺点是不容易找到在弱碱性中氧化势高的氧化剂,导致抛光效率偏低。
碱性抛光液的氧化剂主要有Fe(N03)3、K3Fe(CN)6 NH40H和一些有机碱。
另一方面由于各厂家选用的PH值调节剂不同、产物不同,对抛光速率影响也不同。
一般在相同PH值下,有机碱的抛光速率大于无机碱的抛光速率。
这是因为虽然它们与硅的化学反应相同,但它们于产物SiO32-(或HSiO3-)的作用不大相同,因而产物脱离硅片表面快慢差异很大。
氢氧化钠、一氨强碱和多氨弱碱与产物的反应为:2Na++SiO32-→Na2SiO3 (2.5.1)R4NOH→RH++ OH- (2.5.2)2 RH++ SiO32-→(R4N)2SiO3 (2.5.3)NH2-R-NH2+2H2O→HONH3-R-NH3OH→N H3+- R- NH3++2OH- (2.5.4)(n+1)NH3+- R- NH3++(n+1)SiO32-→- NH3- R- NH3 [- SiO3-NH3- R- NH3]N- SiO3- (2.5.5)由反应式(2.5.1)、式(2.5.3)和式(2.5.5)可看出,在水溶液中Na+对产物 SiO32-的作用力最弱,二胺弱碱与SiO32-形成高分子聚合物作用力最强。
因此,在抛光过程中NaOH、R4NOH、NH2- R- NH2三种试剂对产物Si4+的作用力依次增强,致使产物脱离硅片表面的速度依次加快,使抛光速率依次增大。
2.4 温度的影响抛光液的温度是影响硅片抛光速率的一个重要参数。
由于抛光液的化学特性,升高温度将导致抛光速率的增加。
一定范围内硅片的抛光速率与温度成指数关系。
温度太高会引起抛光液的过度挥发及快速的化学反应,因而产生不均匀的抛光效果及抛光雾。
一般粗抛光时的温度在38~45℃,而精抛光所需温度要更低在20~30℃。
通常是利用光学测温器在抛光垫上测量温度。
但根据研究计算的结果,抛光垫、抛光液与硅片之间的机械摩擦可使硅片接触点的温度达到500℃以上。
2.5 压力的影响硅片表面抛光的去除速率主要与压力及转盘的旋转速度有关,根据普莱斯顿(Preston)经验方程式,在温度、抛光液及抛光垫恒定的条件下去除速率可表示为:虽然随着压力的增加,抛光速率也将增加,因而使得生产成本降低,但是使用过高的压力会导致不均匀、抛光垫磨耗增加、温度控带不好以及出现碎片等缺点。
特别是在精抛光过程中,由于压力过高使抛光垫储存抛光液的能力下降,抛光液传输速率降低,有增加表面划伤的危险。
因此,选用适当的压力是抛光过程的重要参量之一。
2.6 硅片晶向和掺杂的影响不同晶向、不同掺杂浓度的硅衬底所得到的抛光速率也是不相同的。
Si(111)面为解理面,所以晶向硅片的磨削速率比晶向硅片的慢,但Si(100)面的腐蚀速率比Si(111)面的快两倍左右,因此,为平衡腐蚀速率和磨削速率,可使抛晶向硅片时抛光液的PH值比抛晶向硅片时抛光液的PH值低。
相同抛光工艺条件下,晶向的抛光速率要比晶向的慢25%。
据报道,当高掺杂硼元素的p型硅片的掺杂浓度超过1×1019cm- 3时,硅的去除速率迅速降低,而对于高掺杂n型硅抛光速率无明显的变化。
2.7 流量的影响流量是影响抛光速率和抛光质量的另一个重要因素。
流量太小,增加了摩擦力,使温度分布不均匀,降低了硅片表面的平坦度。
大流量不仅使反应生成物迅速脱离硅片表面,更重要的是降低了由于摩擦產生的热量引起硅片表面局部过高的温度,使硅片表面温度均一性提高,保证了硅片表面的一致性。
目前用于Φ200nm抛光片的流量可达到4500ml/min。
河北工业大学研发的快启动、高速率工艺技术被多家引进,得到了广泛的应用。
但为了快启动,开始启动后,可短时间保持流量以便快速升温保证其完美性。
这是因为开始浓度低、温度低达不到反应的临界浓度。
2.8 转盘的旋转速度根据机器种类和运转情况,上下盘的运转速率对抛光速率和质量也是有一定影响的。
增加转盘旋转速度,可以增加抛光速率。
如果转速过高,会使得抛光液比较难均匀分布在抛光垫上,且使机械作用过强,易掉片、表面损伤层增大,质量不好。
转速慢,则机械作用小,化学反应速率将要大于机械去除产物速率。
对于大型抛光机相对转速在100~140rpm为宜,如上转30rpm,下转80rpm时不掉片,质量好,更重要的是考虑硅片各点的线速度要一致,这也是全面平坦化的重要保证。
在 CMP 设备方面,正在由单头、双头抛光机向多头抛光机发展;结构逐步由旋转运动结构向轨道抛光方法和线形抛光技术方面发展;开发带有多种在线检测装置的设备,如组装声学信号、力学信号、薄膜厚度及抛光抛光液性质等在线测量装置,并且结合目前的干进干出要求,将抛光后清洗装置与抛光机集成来进行开发。
近年来,CMP 技术得到了长足的发展,涌现出了不少新技术,例如:固结磨料化学机械抛光技术、电化学机械平坦化技术、无磨料化学机械抛光技术、无应力抛光技术、接触平坦化技术和等离子辅助化学蚀刻平坦化技术等在应用方面,CMP 技术已从集成电路的硅晶片、层间介质(ILD)、绝缘体、导体、镶嵌金属 W、Al、 Cu、Au 及多晶硅、硅氧化物沟道等的平面化,拓展至薄膜存贮磁盘、微电子机械系统(MFMS)、陶瓷、磁头、机械磨具、精密阀门、光学玻璃和金属材料等表面加工领域。
在 CMP抛光液方面,关键是要开发新型抛光抛光液,特别是复合磨料抛光液,使其能提供高的抛光速率、好的平整度、高的选择性以及利于后续清洗过程,以使磨料粒子不会残留在芯片表面而影响集成电路性能。
尽管 CMP 技术发展的速度很快,但目前对 CMP技术的了解还处于定性的阶段,需要解决的理论及技术问题还很多。
如人们对诸如抛光参数(如压力、转速、温度等)对平面度的影响、抛光垫-抛光液-片子之间的相互作用、抛光液化学性质(如组成、pH 值、颗粒度等)对各种 CMP 参数的影响及其机理了解仍然甚少,因而定量确定最佳 CMP 工艺、系统地研究CMP 工艺过程参数、建立完善的 CMP理论模型、满足各种超大型集成电路生产对 CMP 工艺的不同要求,是研究 CMP 技术的重大课题。