skip to main content

CMP

在製造微晶片的各類節點上,生產的晶圓表面必須完全平坦或是平坦化。這樣做是為了去除多餘的材料,或是為了建立平坦基底,以便新增下一層的電路線寬。

為了達成此目的,晶片製造商使用名為化學機械平坦化或簡稱 CMP 的製程。CMP 是將化學劑和沙 (或多或少) 的混合物倒在轉盤的專用砂紙上,然後進行研磨。

CMP 製程曾被視為過於骯髒而不能用於高精密的半導體製造業。CMP 技術在 90 年代中期真正開始起飛,當時半導體業希望透過以導電速度更快的銅電路取代鋁來尋求提高晶片性能。鋁導線的製作是先沉積一層金屬層,然後再用反應性氣體把不要的部分腐蝕掉。但是銅金屬層無法使用這種方法輕易去除,所以就開發出銅的 CMP 技術做為取代。今天,每一片微處理器都使用了銅線,而 CMP 更是任何晶片製造商在工具組整合所不可或缺的一部分。

雖然概念很簡單,但奈米級的 CMP 其實是很複雜的製程。在晶圓表面堆疊的不同薄膜各自具有不同的硬度,需以不同的速率進行研磨。這可能會導致「凹陷」現象,也就是較軟的部分會凹到較硬材料的平面之下,這並非我們樂見的狀況。為了彌補這個情形,可添加化學物 (也就是 CMP 中的 C) 使較硬和較軟材料之間的材料去除速率的變異最小化。不論進來的薄膜的均勻度如何,為確保從整個 300mm 晶圓均勻地移除物質,以及製程會停止在正確點上以免把關鍵的底層功能也研磨掉,應用材料公司開發了先進的控制系統,能在整個晶圓的多個點持續地量測薄膜厚度,並每秒調整研磨下壓力多次,每次都讓每片晶圓有一致的研磨結果。

整個的 CMP 製程只要短短的 30 秒就能完成,包括退出 CMP 系統前在洗滌、沖洗和亁躁晶圓製程中進行後研磨清潔。整合這一切就可達到最佳平坦度。如果晶圓是座美式足球場,CMP 系統就會是部終極除草機,能在人髮的粗細範圍內,將每片草切割成相同的長度。就是這麼平坦!

現今的 CMP 技術正在解決去除不均勻、有更大的生產力以及更低成本的嚴苛要求。新興應用 (例如三維記憶體結構) 需要更大的去除控制,同時如果這些新整合方案要具備成本競爭力,就需要降低成本和提高產能。