工作臺在電機的帶動下以一定的角速度轉動,拋光墊粘在工作臺上,硅片吸附在背膜上,背膜在夾持頭的帶動下,也以一定的角速度轉動"同時,機械壓力通過夾持頭!背膜和拋光液中的磨料將硅片壓在浸滿拋光液的拋光墊上,在拋光墊的帶動下,夾持頭!背膜和硅片以相對于拋光墊同樣的速率沿與拋光墊相同的方向轉動"拋光液以一定的速率流到拋光墊上,在拋光墊的傳輸和離心力的作用下均勻的分布到拋光墊上,在硅片和拋光墊之間形成一層液體薄膜,這層膜起質量傳輸和傳遞壓力的作用,液體中的化學成分與硅片產生化學反應,將不溶物質轉化為易溶物質(化學反應過程),然后通過機械摩郭權鋒:二氧化硅介質層C倒P[拋光液配方研究擦將這些易溶物從硅片表面去掉,溶入流動的液體中帶(機械去除過程),這兩個過程的結合就可以實現化學機械拋光,使拋光物表面達到平整化的要求"CMP技術所采用的設備及消耗品包括:CMP設備!拋光液!拋光布!后清洗設備!拋光終點檢測設備等"其中拋光液和拋光布是消耗品,其余為拋光及輔助設備"CMP工藝過程中的關鍵要素是拋光液!拋光布和拋光機l[-]"

　　介質層CMp簡介

　　CMpl藝中應用廣的是ILD層間介質拋光(包括:5102!BpSG!PSG!pol抑ers!S人工智能從orSiox 姚!Aeorge)sl,510:是常用的層間介質材料,因此對它的研究也成為目前研究工作的重點e1["因為510:介質中硅是比較高價四價,且 510:的化學性質比較穩定,所以不能利用硅片拋光中采用的氧化還原反應方法"目前常用的方法是以510:為磨料的硅溶膠拋光法和以Ceo:為磨料的拋光方法"而510:又分為沉積5102和氣相510:兩種,通常來講它們之間的材料去除率關系是:CeO>2沉積510>氣相5102,在相同條件下,CeO:的拋光速率大約是510:的3倍"一般情況下,沉積5102的粒徑比較大,而且有尖銳的棱角,因此它的高去除率歸因于它的機械作用"對于 CeOZ來講,它的濃度要小于5102,因此它的高拋光速率不是源于機械作用是由于化學作用[zll"然而,高去除率并不等于高平整,對于Ceo:來說, 它不光對較高區域拋光速率較高,而且較低區域的拋光速率也較高,因此它的高低選擇比就比較差"但由于它的高去除率的好的點,有一些介質層的拋光選擇ce02 磨料"通常,磨料在拋光液中的質量百分比是1%一巧%113]"對于小粒徑磨粒拋光液來說,其磨料在拋光液中的質量百分比是10%一30%"二氧化硅層間介質層CMP可分為兩個基本過程"化學反應過程,表面層首先水解形成水合層,水合層進一步與拋光液中的化學成分作用形成易溶于水的產物;機械作用過程,反應產物在壓力!拋光布磨料的摩擦作用下從表面去除掉,兩個反應過程中較慢的過程決定終的拋光速率"試驗數據表明,后者速率一般低于前者,由它決定拋光的速率"并且拋光中材料去除速率較高時,表面平整度與完美性均較好"因此如何提高反應產物去除速率成為提高拋光速率的重點"目前,有關ILDCMP技術應用的公司主要集中在日本和歐美地區,如:日本見株式會社,美國Cobat,Rdoel等公司他們的拋光檢測設備!拋光液的質量(分散性!流動性)都比較好,但是在拋光液研制方面也存在一些問題:對介質膜進行拋光時,這些公司大多采用大粒徑磨料(130nnl左右)來提高拋光過程中的機械作用,以此提高拋光

　　速率,進而提高生產效率"但是這種方法也同時產生了表面劃傷嚴重!拋光液分散性差!金屬離子沾污等問題,已很難滿足下一代cI制造的要求3[]"而在0.351m以下的cI產大連理工大學碩士研究生學位文章品中,CMP又是必須使用的技術"如何既提高生產效率又提高拋光質量成為CMP技術早日實現規模化應用的關鍵,也是整個半導體芯片行業亞待解決的問題"

　　CMp技術的現狀和發展趨勢

　　化學機械拋光CMP技術,初是由mM公司于80年代中期開發出的新技術,1988年SEMATECH財團開始將CMP工藝用于BIM的4MDRAM工藝"幾乎所有的半導體制造技術都是由大學或防護研究實驗室開發出,然后這種技術便順利而迅速地進入工業化生產"然而,CMP技術卻不同,該技術是由一些主要半導體器件和設備制造廠家們通力合作開發出的"CMP的研究開發工作過去主要集中在美國的SEMAJ毛CH,BIM等公司,現在已在全球范圍內展開" 如:歐洲聯合EJSSI,法國研究公司LETI和CNET,德國Fruahnoefr研究所等都開始了在該領域的研究3l[]"日本及亞洲的許多地方和地區也制定了研究開發計劃"從發展趨勢來看,研究正從居主導地位的半導體大公司廠家的工藝開發研究室擴展到設備和材料供應廠家的生產發展研究室"總之,cMP己經成為世界性的研究課題3[]"根據美國助erdoTechnofogies統計1990一1994年間有關CMP的技術在美國以驚人的速度增加,1994年就有150篇CMP擁有權文章發表"CMP的可貴之處在于它在多層金屬互聯結構中既可對絕緣體又可對導體進行全局平坦化"目前,其應用范圍已從層間介質(IDL)CMp擴展到鑲嵌WCMp!鑲嵌人工智能CMp!多晶硅CMP!硅氧化物溝道(S功CMP及鑲嵌CuCMP等"盡管如此,目前人們對 CMP技術的了解還在定性階段,還缺少有關定量方面的研究數據"因此,定量確定比較好CMP工藝,系統地研究CMP工藝過程參數,建立完善的CMP理論模型,滿足各種超大規模集成電路生產對CMP工藝的不同需求,是CMP技術研究的主要方向"隨著計算機!通信及網絡技術的高速發展,對作為其基礎的集成電路的性能要求也愈來愈高,集成電路芯片增大而單個晶體管元件減小及多層集成電路芯片是發展的必然趨勢,這對cMP技術提出了更高的要求111]"在CMP設備方面,正在由單頭!雙頭拋光機向多頭拋光機發展,結構逐步由旋轉運動結構向軌道拋光方法和線形拋光技術方面發展=l.]"在cMP拋光液方面,關鍵是要開發新型拋光液,能提供高的腐蝕速率,高的平整度,高的選擇性和表面均一性,同時還要有利于后續清洗過程,使得磨料粒子不能殘留在芯片表面影響集成電路性能"在應用方面,CMP技術己經在陶瓷!磁頭!硬磁盤!機械磨具!精密閥門!光學玻璃!金屬材料等表面加工領域不斷得到重視和應用"郭權鋒:二氧化硅介質層C州P[拋光液配方研究

　　近幾年,在外地半導體設備市場上,用于全局平坦化的CMP設備增長快"相應的增長也發生在CMP輔助設備!材料等基礎工業市場"1993年世界CMP設備市場為7010萬美元,1994年為8410萬美元,比上年增長61%,以后每年幾乎都以60%以上的速度增長近幾年的增長情況及未來預測I-,516]見表1.1所示" 表1.1世界CMP設備市場銷售額(億美元)

　　Tab1.1ThesaleoftheCMPequiPmentofhteworid(ahundredmillion)

　　在半導體工業中,CMP早應用于集成電路(lC)制造中襯底硅的粗拋和精拋,提高了硅片的拋光精度和拋光速度,從而極大地提高了硅片拋光的質量和生產效率,降低了生產成本"在CI加工中CMP技術的應用是非常頻繁的,如用于前道加工工序價notendproeess)中生產元器件,在后道加11序 b(akcendproeess)中用于產生通路!通道!平坦化層間介電膜和封裝等等"近幾年來,CMP技術已有一些新的應用領域:平面顯示器!微機械系統!多晶片模組等等"CMP也可用于生產其它采用類似半導體生產工藝生產的電子元件,如傳感器!檢測器和光電攝像管的表面加工11-l"