1、第七章 化學(xué)研磨第十一組 鄭惟民 49554087 本章概要1.甚麼是化學(xué)機(jī)械研磨（CMP) 2.為何要使用化學(xué)機(jī)械研磨來從事半導(dǎo)體 製程加工3.化學(xué)機(jī)械研磨/研磨機(jī) 4.其他名詞解釋 5.化學(xué)機(jī)械研磨製程 6.化學(xué)機(jī)械研磨後的洗淨(jìng)方式 7.未來發(fā)展趨勢甚麼是化學(xué)機(jī)械研磨（CMP) ？將研磨劑導(dǎo)入研磨墊和晶圓之間，使其化學(xué)反應(yīng)之後集物理機(jī)械研磨作用，將晶圓上之沈積膜移除之技術(shù)。 CMP=Chemical Mechanic Polish甚麼是化學(xué)機(jī)械研磨 ？為何要使用化學(xué)機(jī)械研磨來從事半導(dǎo)體製程加工呢？ 大型積體電路之趨勢為高密度、高積極度、以及高效能的大方向發(fā)展，而使用電晶體、金屬導(dǎo)線微細(xì)化以

2、增加電晶體之積極度及較佳之電性，迫使黃光微影之技術(shù)需使用更短波長之光源來曝光，以增加解析度為何要使用化學(xué)機(jī)械研磨來從事半導(dǎo)體製程加工呢？然而波長增加雖解析度上升，但卻使焦距深度變差，所以需將晶圓之凹凸表面弄平，其方式有：光組回蝕、薄膜回蝕法、硼磷矽玻璃熱流法、化學(xué)機(jī)械研磨法（最佳）若元件線寬大於0.25m，仍可以使用其他方法，但若是小於0.25m，則只有化學(xué)機(jī)械研磨可以使用為何要使用化學(xué)機(jī)械研磨來從事半導(dǎo)體製程加工呢？為何要使用化學(xué)機(jī)械研磨來從事半導(dǎo)體製程加工呢？化學(xué)機(jī)械研磨/研磨機(jī) 定義：半導(dǎo)體技術(shù)中，利用研磨達(dá)到平坦化的一種技術(shù)這是種從事化學(xué)研磨所使用的機(jī)器，主要包含電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、晶

3、圓傳輸系統(tǒng)等總稱。 化學(xué)機(jī)械研磨/研磨機(jī)化學(xué)機(jī)械研磨/研磨機(jī)研磨系統(tǒng)主要包含：1. 研磨平臺2. 研磨墊整理器3. 研磨墊4. 晶圓承載器（研磨頭）4.1. 晶片承載膜/氣墊膜4.2. 晶圓邊緣扣環(huán)研磨系統(tǒng) 研磨平臺：用來黏貼研磨墊，藉由平臺旋轉(zhuǎn)來研磨晶片研磨墊整理器：屬於研磨機(jī)之局部，研磨墊在研磨時(shí)表面受到損傷，而研磨速率會(huì)隨著研磨時(shí)間的增加下降，而鑽石盤可將研磨墊表面刮痕整理，以維持研磨墊的表面狀態(tài)而穩(wěn)定研磨速率研磨墊研磨系統(tǒng)晶圓承載器（研磨頭）：用以承載晶圓、提供晶圓均勻壓力，帶動(dòng)晶圓旋轉(zhuǎn)移動(dòng)來研磨晶圓晶片承載膜/氣墊膜：屬於研磨頭之局部，用以提供晶片均勻壓力晶圓邊緣扣環(huán)：屬於研磨頭之局

4、部，用來扣住晶片邊緣扣同時(shí)調(diào)整晶片邊緣之研磨速率研磨系統(tǒng) 各廠商在機(jī)臺設(shè)計(jì)上有所不同，主要分為三種：1.旋轉(zhuǎn)式研磨方式：晶圓承載器及研磨臺各自自轉(zhuǎn)來研磨晶片表面2.線性研磨方式：晶圓承載器自轉(zhuǎn)，研磨墊帶狀轉(zhuǎn)動(dòng)來研磨晶片表面3.公轉(zhuǎn)式研磨方式：晶圓承載器自轉(zhuǎn)，研磨臺繞晶圓承載器公轉(zhuǎn)來研磨晶片表面其他名詞解釋 研磨劑（Slurry）：為研磨用之化學(xué)藥劑，用以研磨，內(nèi)含研磨用研磨粒及氧化劑、分散劑、安定劑、介面活性劑等不同用途的添加劑。研磨粒(Abrasive)：研磨用之化學(xué)藥劑，添加於研磨液中協(xié)助研磨，常見有Fumed Silica（燻矽，二氧化矽的一種）、colloidal Silica(矽溶膠

5、.)、Al2O3、MnO2。 常用研磨劑其他名詞解釋 雙鑲嵌製程（Dual Damascene）：半導(dǎo)體中同時(shí)形成導(dǎo)線及栓塞的技術(shù)高低差（Step-High）：半導(dǎo)體中評估平坦化的方式之一，晶片經(jīng)過薄膜、蝕刻後，晶片表面形成高低的形狀。雙鑲嵌製程高低差其他名詞解釋凹陷（Dishing）：定義不同材質(zhì)，因研磨而形成的高低差異，cmp對不同材質(zhì)之研磨速率不同，而研磨速率快的區(qū)域有些微凹陷，其最低點(diǎn)與平面高度差稱為凹陷（Dishing）。侵蝕（Erosion）：定義不同密度經(jīng)研磨後所形成之高低差異，cmp對不同材質(zhì)之研磨速率不同，研磨速率較快的材質(zhì)密度較高的區(qū)域會(huì)有些凹陷，其最高與最低點(diǎn)稱為侵蝕（E

6、rosion）。凹陷、侵蝕其他名詞解釋殘留（Residual）：研磨後未能清洗乾淨(jìng)或去除的現(xiàn)象。刮傷（Micro-Scratch）：CMP研磨所形成之刮傷，當(dāng)研磨時(shí)因晶片表面因研磨劑中未被過濾掉或者凝結(jié)產(chǎn)生的大顆粒研磨粒，常於研磨中造成晶片表面刮傷?；瘜W(xué)機(jī)械研磨製程 半導(dǎo)體使用之化學(xué)機(jī)械研磨製程有：1.氧化層（oxide）2.多晶矽（poly）3.金屬層（metal）化學(xué)機(jī)械研磨製程化學(xué)研磨主要目的是將晶圓表面在製造流程中作全面性平坦化，以解決黃光景深不足之問題，並使元件積極度及性能得以提昇，要達(dá)此目的有五項(xiàng)要求：化學(xué)機(jī)械研磨製程1.將面積大小不同及疏密不同的凹凸圖形皆能研磨平坦，降低大或密區(qū)

7、域與小或區(qū)域之間厚度的差異。2.研磨後晶圓表面之微塵（particle）、研磨劑殘留（slurry residual）及金屬微污染（metal ion contamination）必須去除乾淨(jìng)。3.有效降低研磨對晶圓表面刮傷（Scratch）化學(xué)機(jī)械研磨製程4.研磨終點(diǎn)需穩(wěn)定，及研磨後所應(yīng)保留的厚度要穩(wěn)定，不能有研磨不足或過度研磨的狀況發(fā)生5.必須有效提昇化學(xué)機(jī)械研磨模組的產(chǎn)能（throughput）及降低成本氧化層氧化層主要是將晶圓表面的氧化層研磨平坦，一般氧化層依層別分為：1.淺溝渠隔離層（STI CMP）2.層間介電層（ILD CMP） 3.金屬內(nèi)介電層（IMD CMP）淺溝渠隔離層（S

8、TI CMP）淺溝渠隔離法為取代傳統(tǒng)LOCOS(local oxidation of silicon)製程，晶圓長墊氧化層及氮化矽後利用黃光及蝕刻方式，形成淺溝渠隔離區(qū)域圖形，填入絕緣用氧化層及氮化矽後以CMP研磨至氮化矽，在經(jīng)過清洗及去除氮化矽，此時(shí)所使用之研磨稱為淺溝渠隔離法淺溝渠隔離層（STI CMP）其優(yōu)點(diǎn)則是沒有LOCOS之鳥嘴，可以增加電晶體的積極度且氧化絕緣層凸起較小圖表面較平坦有利於後續(xù)之黃光製程淺溝渠隔離層（STI CMP）層間介電層（ILD CMP）與金屬內(nèi)介電層（IMD CMP）使用CMP將晶圓表面作全面性平坦化以利後續(xù)之黃光製程之進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨後的洗淨(jìng)方式 目前化學(xué)機(jī)

9、械研磨平坦化越來越普及，而製程越來越微小化，對微塵及金屬離子的要求越來越嚴(yán)格，潔淨(jìng)室要求需要class1的潔淨(jìng)度中，化學(xué)品級去離子水中的化學(xué)不純物要求達(dá)到ppm級，而其污染源有：1.研磨劑中所含不純物2.金屬不純物3.殘留金屬材料 化學(xué)機(jī)械研磨後的洗淨(jìng)方式1.研磨劑內(nèi)必須有研磨粒，以及為了保持PH值、控制研磨粒穩(wěn)定懸浮，氧化膜研磨劑會(huì)添加KOH等鹼金屬化學(xué)品，而金屬層cmp則會(huì)添加Fe等氧化劑，且目前研磨劑內(nèi)不純物停在ppm等級。2.研磨中由研磨墊以及Retaining Ring中磨耗下來的金屬不純物。3.為了整理研磨墊的Diamond Disk的鑽石顆粒及將鑽石鑲在盤子上的金屬材料也會(huì)成為再研磨的污染源?；瘜W(xué)機(jī)械研磨後的洗淨(jìng)方式而CMP後之晶圓，最主要有微塵級金屬離子污染兩類，故CMP後晶圓之洗淨(jìng)技術(shù)分為：1. 物理去除法2. 化學(xué)去除法物理去除法主要目的再去除微塵，一般常用材質(zhì)為PVA的刷子搭配氨水級超音波震盪的方式，將微塵去除，而氨水同時(shí)具有將表面一層二氧化矽蝕刻，有去除金屬離子的作用，及改變晶圓表面zeta電位，防止微塵回黏的