skip to main content

CMP

在微芯片制造的各个节点,晶圆表面都要保持完全平坦或进行平坦化处理。这样做是为了去除多余的材料,或是为了建立极其平坦的基底,以便添加下一层电路特征。

为了达成此目的,芯片制造商使用所谓的化学机械平坦化(简称 CMP)工艺。CMP 是将化学剂和沙(或多或少)的混合物倒在贴有专用砂纸的转盘上,然后进行研磨。

CMP 工艺一度被认为非常不洁净,而不能用于高精密的半导体制造业。CMP 技术在 90 年代中期真正开始起飞,当时半导体业希望用导电速度更快的铜电路取代铝电路,来提高芯片的性能。铝互连线的制作是先沉积一层金属层,然后再用反应性气体把不要的部分腐蚀掉。不过铜金属层无法使用这种方法轻易去除,因此就代而开发出了铜 CMP 技术。今天生产的每一块微处理器都使用铜连线,而 CMP 设备更是任何芯片制造商不可或缺的必备工具。

CMP 从概念上很简单,但纳米级的 CMP 其实是一项很复杂的工艺。在晶圆表面堆叠的不同薄膜各自具有不同的硬度,需以不同的速率进行研磨。这可能会导致“凹陷”现象,也就是较软的部分会凹到较硬材料的平面之下,这并非希望出现的状况。为了弥补这一情形,可添加化学物(也就是 CMP 中的 C),最大程度减少较硬材料与较软材料在材料去除速率上的差异。不论即将沉积的薄膜均匀度如何,为确保从整个 300mm 晶圆均匀去除材料,以及让工艺停止在正确的点,避免将关键的底层特征研磨掉,应用材料公司开发出了先进的控制系统,能在整个晶圆的多个点持续测量薄膜厚度,并对研磨下压力每秒调整数次,让每片晶圆始终获得一致的研磨效果。

整个 CMP 工艺只要短短的 30 秒就能完成,包括退出 CMP 系统前的研磨后清洁(对晶圆进行洗涤、冲洗和干燥)。所有这些工序整合到一起,可实现极佳的平坦度。如果将晶圆比作美式足球场,CMP 系统就是一台出色的剪草机,能在人发的粗细范围内,将每片草切割成相同的长度。就是这么平坦!

今天的 CMP 技术要满足材料去除的均匀性、更高生产效率、更低成本的严苛要求。新兴应用(例如 3D 存储结构)需要更强大的材料去除控制能力,同时,这些新的集成方案要具备成本竞争力,就必须降低成本和提高生产效率。