第一節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1、國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀
應(yīng)用材料公司于1997年推出其第一臺(tái)Mirra CMP產(chǎn)品，之后憑借其全球服務(wù)和性能保證資源優(yōu)勢(shì)從以前CMP設(shè)備市場(chǎng)領(lǐng)先的SpeedFam IPEC公司中贏得了市場(chǎng)。該公司通過(guò)兼并Obsidian公司增強(qiáng)了其CMP技術(shù)的開(kāi)發(fā)實(shí)力。應(yīng)用材料公司的旋轉(zhuǎn)型CMP設(shè)備，由于采用了氧化鈰(Ce)研磨液，且已具備了對(duì)鈰研磨液提高研磨液混合比、流量等控制性能的硬件，在STI CMP工藝方面已經(jīng)成熟。荏原制作所的旋轉(zhuǎn)式拋光機(jī)在用于65nm節(jié)點(diǎn)的銅／超低k的低壓研磨中投入新技術(shù)，以電場(chǎng)研磨、蝕刻手法相結(jié)合，加入觸媒材料使得電解加工成為可能，以電化學(xué)反應(yīng)來(lái)研磨(除去)膜層。Novellus公司2002年開(kāi)發(fā)的“Momentum”新式CMP拋光機(jī)，采用“APT”硅圓片的經(jīng)驗(yàn)，將圓片平面從中心部位至外圍部位分割成4塊進(jìn)行加壓控制。Lam Research公司的CMP設(shè)備開(kāi)發(fā)是基于其CMP后清洗設(shè)備與技術(shù)的基礎(chǔ)上起步的，該公司開(kāi)發(fā)的直線(xiàn)型CMP設(shè)備，片子固定在拋光頭上做自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2、國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀
“十二英寸硅片化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)（CMP）β機(jī)研發(fā)”項(xiàng)目是“十一五”國(guó)家科技部重點(diǎn)支持項(xiàng)目，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施，2011年，45所創(chuàng)造出了20項(xiàng)專(zhuān)利（其中國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利11項(xiàng)，國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng)）
第二節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)或流程
CMP技術(shù)的目的是消除芯片表面的高點(diǎn)及波浪形。CMP的基本原理是將圓晶體片在研磨漿(如含有膠體SiO2懸浮顆粒的KOH溶液)的存在下相對(duì)于一個(gè)拋光墊旋轉(zhuǎn)，并施加一定的壓力，借助機(jī)械磨削及化學(xué)腐蝕作用來(lái)完成拋光。
CMP技術(shù)所采用的設(shè)備及消耗品包括：CMP設(shè)備、研漿、拋光墊、后CMP清洗設(shè)備、拋光終點(diǎn)檢測(cè)及工藝控制設(shè)備、研漿分布系統(tǒng)、廢物處理和檢測(cè)設(shè)備等。其中研漿和拋光墊為消耗品，其余為拋光及輔助設(shè)備。CMP工藝是摩擦學(xué)、流體力學(xué)和化學(xué)的結(jié)合，因此會(huì)受到來(lái)自芯片本身和磨拋機(jī)械等因素的影響。一個(gè)完整的CMP工藝主要由拋光、后清洗和計(jì)量測(cè)量等操作組成，CMP工藝中的要素包括以下內(nèi)容：
1、拋光機(jī)。其基本組成為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)和一個(gè)圓晶片固定裝置。兩者都可施力于圓晶片并使其旋轉(zhuǎn)，在研漿(如含有膠狀SiO2懸浮顆粒的KOH溶液)的幫助下完成拋光，用一個(gè)自動(dòng)研漿添加系統(tǒng)就可保證拋光墊濕潤(rùn)程度均勻，適當(dāng)?shù)厮腿胄卵袧{及保持其成分不變。
2、拋光墊，拋光墊是輸送研磨漿的關(guān)鍵部件，它用于將研磨漿中的磨蝕粒子送入片子表面并去除副產(chǎn)品，平坦化的獲得是因?yàn)閳A晶片上那些較高的部分接觸拋光墊而被去除。拋光墊的機(jī)械性能，如彈性和剪切模量、可壓縮性及粗糙度對(duì)拋光速度及最終平整度起著重要作用。拋光墊的硬度對(duì)拋光均勻性有明顯的影響，硬墊可獲得較好的模內(nèi)均勻性(WID)和較大的平面化距離，軟墊可改善片內(nèi)均勻性(WIW)，為獲得良好的WID和WIW，可組合使用軟、硬墊，在圓片及其固定裝置間加一層彈性背膜(backingfilm)，可滿(mǎn)足剛性及彈性的雙重要求。拋光墊常為含有聚氨基甲酸酯的聚酯纖維氈。拋光墊使用后會(huì)逐漸“釉化”，使去除速度下降，用修整的方法可以恢復(fù)拋光墊的粗糙面，改善其容納漿料的能力，從而使去除速度得到維持且延長(zhǎng)拋光墊的壽命。因而改進(jìn)拋光墊、延長(zhǎng)其使用壽命從而減小加工損耗是CMP技術(shù)的主要挑戰(zhàn)之一。
3、研漿。研漿是CMP的關(guān)鍵要素之一，研漿的化學(xué)作用在金屬CMP中起主要作用，研漿的組成、pH值、顆粒粒度及濃度、流速、流動(dòng)途徑對(duì)去除速度都有影響。研漿一般由研磨劑(SiO2、Al2O3等)、表面活性劑、穩(wěn)定劑、氧化劑等組成，最具代表性的拋光漿液由一個(gè)SiO2拋光劑和一個(gè)堿性組分水溶液組成，SiO2粒度范圍為1~100nm，且非常均勻，SiO2濃度為1.5~50%，堿性組成一般使用KOH、氨或有機(jī)胺，pH值為9.5~11。拋光不同的材料所需的拋光漿液組成均不同，在鑲嵌W CMP工藝中典型使用鐵氰酸鹽、磷酸鹽和膠體SiO2或懸浮Al2O3粒子的混合物，溶液的pH值在5.0~6.5之間。拋光氧化物的漿料一般以SiO2為磨料，pH值一般控制在pH>10，而拋光金屬則以Al2O3作添加劑的基礎(chǔ)材料，以便控制粘性和腐蝕及去除副產(chǎn)品，研磨料的性能、分散穩(wěn)定性對(duì)于CMP漿都是很重要的。
4、CMP后清洗。圓晶片經(jīng)CMP加工后，會(huì)有少量漿料殘留在片子上，從而影響其表面的質(zhì)量及下道工序，因而CMP的后清洗是CMP加工的重要部分，其目的是把CMP中的殘留粒子和金屬沾污減少到可接受的水平?，F(xiàn)在對(duì)0.35um及以下的CMOS工藝，要求后清洗提供的片子上附著物不多于500個(gè)/m*0.12um，堿金屬粒子數(shù)不大于5*1011原子/cm2。CMP后清洗已成功地使用了濕式化學(xué)浴處理、噴射處理、去離子水及NH4OH擦洗、超聲及兩步拋光等方法，這些方法單用或組合使用。濕式化學(xué)處理臺(tái)、酸處理器、用PVA刷加去離子水擦洗對(duì)氧化物CMP后處理特別有效。稀HF作為濕式化學(xué)浴處理的一部分可去除大部分粒子和金屬玷污，在浸泡時(shí)使用超聲亦可加強(qiáng)清洗效果。
5、終點(diǎn)檢測(cè)。CMP設(shè)備開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)之一就是如何精確控制和檢測(cè)被拋去的量，在CMP工藝中，必須有性能良好的檢測(cè)技術(shù)，以避免過(guò)拋或拋光不足而導(dǎo)致的成品率下降。
6、拋光片的監(jiān)測(cè)拋光片的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有：平整度、表面缺陷及損傷情況。
1)、平整度：拋光片的平整度一般用平整度測(cè)試儀測(cè)試，表面輪廓儀可用于檢測(cè)氧化層CMP的平面化效果和鑲嵌金屬CMP的蝶形化和侵蝕程度，AFM用于檢查表面微粗糙度也有過(guò)報(bào)道。
2)、表面缺陷：拋光片的表面宏觀缺陷較多，一般有劃道、蝕坑、波紋、桔皮、麻點(diǎn)、霧狀等，常用激光粒子計(jì)數(shù)器、TEM、FTIR、TXRF(全反射X射線(xiàn)熒光光譜 分析 技術(shù))、C-V法等檢測(cè)表面缺陷。
第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 分析
隨著計(jì)算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)作為其基礎(chǔ)的集成電路的性能要求愈來(lái)愈高。集成電路芯片增大而單晶體管元件減小及多層集成電路芯片是發(fā)展的必然趨勢(shì)，使得CMP在集成電路 行業(yè) 的重要性越來(lái)越顯著，這對(duì)CMP技術(shù)提出了更高的要求。
1、在CMP設(shè)備方面，正在由單頭、雙頭拋光機(jī)向多頭拋光機(jī)發(fā)展；結(jié)構(gòu)逐步由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)向軌道拋光方法和線(xiàn)形拋光技術(shù)方面發(fā)展；開(kāi)發(fā)帶有多種在線(xiàn)檢測(cè)裝置的設(shè)備，如組裝聲學(xué)信號(hào)、力學(xué)信號(hào)、薄膜厚度及拋光漿料性質(zhì)等在線(xiàn)測(cè)量裝置，并且結(jié)合目前的干進(jìn)干出要求，將拋光后清洗裝置與拋光機(jī)集成來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在CMP拋光漿料方面，關(guān)鍵是要開(kāi)發(fā)新型拋光漿料，特別是復(fù)合磨料拋光漿料，使其能提供高的拋光速率、好的平整度、高的選擇性以及利于后續(xù)清洗過(guò)程，以使磨料粒子不會(huì)殘留在芯片表面而影響集成電路性能。
2、CMP漿料有待于發(fā)展的技術(shù)有：磨料制各技術(shù)、漿料分散技術(shù)和拋光漿料配方技術(shù)。首先要解決的就是尺寸小、分散度大、硬度適中、均勻性好、純度高的納米磨料粒子。拋光漿料的排放及后處理工作最也在增大(出于環(huán)保原因，即使?jié){料不再重復(fù)利用，也必須先處理才可以排放)。而且，拋光漿料價(jià)格昂貴，如何對(duì)拋光漿料進(jìn)行后處理，補(bǔ)充必要的化學(xué)添加劑，重復(fù)利用其中的有效成分，或降級(jí)使用，不僅可以減少環(huán)境污染，而且可以大大降低加工成本。拋光漿料的后處理
研究
將是未來(lái)的新
研究
熱點(diǎn)。另外一方面，復(fù)合磨料拋光漿料的
研究
也將是未來(lái)的趨勢(shì)之一，因?yàn)閺?fù)合磨料拋光漿料在保持單一磨料拋光漿料優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也改善了其缺點(diǎn)。
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