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CMP

在微芯片制造的各个阶段,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,或者说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 通过在晶圆的背面施加精确的向下力并将晶圆正面压在由特殊材料制成(还含有化学药剂和研磨剂的混合物)的旋转垫上,从而去除晶圆正面上的多余材料,实现平坦化。

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”和“腐蚀”等并不希望出现的状况,也就是较软的部分会凹到较硬材料的平面之下。为了弥补这一情形,可特别添加化学药剂和旋转垫材料,最大程度减少材料去除速率上的差异。不论即将沉积的薄膜均匀度如何,为确保在整片 300mm 晶圆上均匀地保留适量的材料,在去除材料的过程中,平坦化工艺要在晶圆背面施加不同量的下压力,同时在正确的点停止以避免抛掉关键的底层特征。应用材料公司开发出了精密的控制系统,能在整个晶圆的多个点持续测量薄膜厚度,并每秒数次调整抛光的下压力,让每片晶圆始终获得一致的抛光效果。

整个 CMP 工艺只要短短的 60 秒就能完成,包括退出 CMP 系统前的抛光后清洗(即对晶圆进行洗涤、冲洗和干燥)。如今的 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。诸如 3D 逻辑、存储器和先进封装结构等先进应用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在成本上具有可行性,就必须降低成本并提高生产效率。