PLANARIZATION BY CHEMICAL MECHANICAL POLISHING A RATE AND UNIFORMITY STUDY
CMP化学机械平坦化

磨料
旋转
CMP系统
副产物 (5) 副产物去除
Si Si
排水管
(2) H2O & OH- 运动到硅片表面
Si(OH)4
Si
Si
(4) 表面反应和 机械磨损
Si Si Si Si Si Si
Si Si
Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si
SiO2 层
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磨头 垫
W W/Ti/TiN
Time
TiN/SiO2 SiO
2
化学机械平坦化终点检测
光学干涉
光 光纤
至光学探测器
磨头 硅片
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硅 氧化硅
化学机械平坦化应用
STI氧化硅抛光
Planarization by chemical mechanical polishing 1 Oxide CVD
金属CMP的机理
磨料
抛光垫 向下施加力
旋转
1) 表面刻蚀 和钝化
2) 机械磨除 3) 再钝化
金属
氧化硅 金属 氧化硅
金属
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金属CMP的机理
Wafer C10 before CMP
After 5 minutes After 9.5 minutes of
of Polishing
Polishing
2 STI oxide after polish
3 Nitride strip
Liner oxide
n-well
p-well
p- Epitaxial layer p+ Silicon substrate
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半导体cmp工艺

半导体cmp工艺
半导体CMP工艺是指半导体制造过程中的一种重要工艺,全称为化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization,简称CMP)。
其目的是通过磨料颗粒机械摩擦和化学反应的双重作用,将半导体表面微不足道地去除一层薄膜,以达到平整化、镜面化的目的。
CMP工艺具有非常广泛的应用,可以用于晶圆制备、化合物半导体器件加工、光学器件制造等领域。
半导体CMP工艺最核心的部分是机械抛光机。
一般来说,机械抛光机包括一个圆形工件,它与一个运动的抛光盘进行摩擦。
抛光盘同时也有一个旋转中心,通常与工件的旋转中心重合。
工件在抛光盘上进行旋转,旋转方向与抛光盘相反。
抛光盘快速旋转,使得机械磨料和化学液体均匀分布在工件表面,并在高压力下与工件表面摩擦,将表面的不平整部分磨平。
同时,化学液体中的酸碱物质可以针对不同的化合物进行反应,达到减少表面受损、提高表面平整度的效果。
半导体CMP工艺在半导体器件加工中的应用非常广泛。
例如,CMP可以在多晶硅上去除非常细微的污染物,并使表面变得更具平整、镜面化。
这可以有效提高器件的性能和可靠性。
在金属线路上也可以使用CMP工艺。
由于金属线路很细并且越来越小,无法逐个进行加工,CMP抛光机可以在一次过程中完成大面积的金属线路平整化加工,减少单元面积上的电阻,并提高芯片的可靠性和性能。
CMP工艺在化合物半导体器件加工中也有广泛的运用。
在低温生长的GaAs器件中,表面通常存在许多缺陷和杂质,这会严重影响器件的性能。
通过使用CMP工艺,可以将表面上所有的缺陷和杂质去除,从而保证器件的性能和质量。
化学机械热磨浆

化学机械热磨浆化学机械热磨浆(Chemical Mechanical Thermal Planarization,简称CMTP)是一种用于平坦化半导体表面的重要工艺。
它在芯片制造过程中起到了关键作用,通过磨削和化学反应的结合,可以实现高质量的平坦化效果。
CMTP的原理是利用磨削液中的化学物质和机械磨削的力量,去除半导体表面的不平坦部分。
在这个过程中,需要控制好磨削速率和化学反应速率,以达到理想的平坦度。
CMTP主要包括三个步骤:磨削、化学反应和热处理。
首先,通过机械磨削的方式去除表面的高处,使其与低处达到相同的平面高度。
然后,在磨削过程中加入一定的化学物质,通过化学反应去除表面的残留物和氧化层。
最后,通过热处理使表面晶格重新排列,达到更好的平坦度。
CMTP的关键技术包括磨削液的选择、磨削头的设计和磨削参数的控制。
磨削液的选择要考虑其对表面材料的化学反应性和磨削性能,以及对磨削头的腐蚀性。
磨削头的设计要考虑其磨削效率和对表面的损伤程度。
磨削参数的控制包括磨削速率、压力和温度等,需要根据具体材料和工艺要求进行优化。
CMTP在半导体制造中的应用广泛。
在芯片制造过程中,由于晶圆的表面存在很多不平坦的部分,如氧化层、金属线等,这些不平坦部分会影响到芯片的性能和可靠性。
通过CMTP可以将表面平坦度控制在几个纳米的范围内,大大提高芯片的质量和可靠性。
除了半导体制造,CMTP还在其他领域有广泛的应用。
例如,在光学元件的制造中,CMTP可以去除表面的划痕和氧化层,提高光学元件的透明度和光学性能。
在陶瓷制品的加工中,CMTP可以提高陶瓷的表面光洁度和平整度,使其更具美观性和实用性。
化学机械热磨浆是一种重要的表面平坦化工艺,广泛应用于半导体制造和其他领域。
通过磨削和化学反应的结合,可以实现高质量的平坦化效果。
CMTP的关键技术包括磨削液的选择、磨削头的设计和磨削参数的控制。
通过CMTP可以提高芯片、光学元件和陶瓷制品的质量和性能,推动相关行业的发展。
半导体 化学机械研磨 退火

半导体化学机械研磨退火1 简介半导体是一种特殊的材料,其导电能力介于导体和绝缘体之间。
在电子工业中,半导体材料具有重要的应用,如制造集成电路和太阳能电池等。
半导体制造的过程中,化学机械研磨(Chemical Mechanical Planarization,CMP)和退火是不可或缺的步骤。
2 化学机械研磨化学机械研磨是一种同时进行化学反应和机械研磨的加工工艺。
在CMP过程中,半导体表面被镀有一层氧化物或金属膜。
先将硅片面放在一个旋转的硬贝壳中,与一个为抛光材料的软垫(称为垫布)相对接触。
然后,加入一定量的化学溶液,与垫布反复摩擦,形成氧化膜或金属膜的微小颗粒。
最终,在机械压力和化学反应的作用下,使得颗粒被磨平,而硅片表面变得光滑。
CMP可使半导体表面平整度达到亚纳米级别,并且可以控制薄膜厚度和表面质量。
3 退火退火是一种重要的半导体加工技术,用于消除材料内部应力和缺陷,增强导电性能和稳定性。
半导体晶圆在CMP后被镀上薄膜,造成了晶格应变,会导致尺寸和电性能的变化。
热退火则是利用高温处理,通过热激活点缺陷形成过程消除晶格位错和晶界缺陷,改善硅片电性能。
此外,通过退火可以改善光电性能,例如增加光发射效率和改善滤光性能,同时也可以改善材料表面光洁度和平整度。
4 CMP和退火的应用CMP和退火是半导体工业中最普遍的加工技术之一。
在制造先进集成电路和光学元件时,通常需要对表面进行高精度处理。
CMP技术已经被广泛应用于硅片和其他半导体材料的加工中。
退火则在晶片生产后强化其特性。
尽管这些工艺已经存在了几十年,但随着技术的不断更新,现代半导体生产行业一直在努力改进和优化这些过程,以提高加工生产率和减少成本。
5 结论半导体制造方面的巨大成功是在工程制造上的伟大成就之一,CMP和退火是增材制造中不可或缺的一部分。
CMP可以产生亚纳米尺度的表面平整度和表面质量。
而热退火则是消除晶界和晶格缺陷,提高硅片电性能和光电性能的技术。
cmp 抛光术语

cmp 抛光术语
CMP 抛光是机械削磨和化学腐蚀的组合技术,全称为 Chemical Mechanical Polishing,也称 Chemical Mechanical Planarization,即化学机械抛光或化学机械平坦化。
CMP 抛光与传统的纯机械或纯化学的抛光方法不同,它是由化学作用和机械作用两方面协同完成的。
在传统抛光方法中,机械抛光研磨一致性好,表面平整度高,但容易出现表面层损伤,表面粗糙度比较高;化学抛光表面精度高、损伤低、完整性好,但研磨速率较慢,材料去除效率较低,不能修正表面精度,研磨一致性比较差。
而 CMP 抛光采用机械摩擦与化学腐蚀相结合的工艺,二者交替进行,最终完成工件的抛光。
CMP 抛光主要应用在半导体制程中,晶圆在制造过程中不断经过沉积、曝光、显影、蚀刻,而推砌出一层层的微电路,每一层就会利用 CMP 抛光方式让表面平坦,从而提高积体电路的品质。
表面处理定义 英文缩写

表面处理定义英文缩写表面处理是指通过对物体表面进行处理,使其具有更好的表面性质、表面质量和表面功能的一种技术。
这项技术可以提高物体的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性、防粘附性、美观性等多种性能,广泛应用于机械、汽车、电子、建筑等领域。
在表面处理的实践中,人们发现了一些共性问题,例如对于某些表面处理方法,需要对材料进行预处理以增强其表面的粗糙度;还有一些表面处理方法需要在高温或高压下进行,这就需要对工艺条件进行严格控制;另外,在表面处理中,还需要考虑到环保和安全等因素。
为了更好地交流和研究表面处理领域的技术和理论,人们制定了一系列的英文缩写,以方便表述和理解。
这些缩写包括:1. CMP(Chemical Mechanical Planarization):化学机械抛光技术,用于将硅片表面平整化。
2. PVD(Physical Vapor Deposition):物理气相沉积技术,用于将金属薄膜沉积在物体表面。
3. CVD(Chemical Vapor Deposition):化学气相沉积技术,类似于PVD,但是使用的是化学气相沉积方法。
4. RIE(Reactive Ion Etching):反应离子刻蚀技术,用于将物体表面刻蚀掉一定的厚度,以改变表面的形貌。
5. ALD(Atomic Layer Deposition):原子层沉积技术,用于将一层原子沉积在物体表面,以改变其物理或化学性质。
6. MBE(Molecular Beam Epitaxy):分子束外延技术,用于在物体表面上生长单晶膜。
7. PLD(Pulsed Laser Deposition):脉冲激光沉积技术,用于将金属或氧化物等物质沉积在物体表面。
在表面处理领域,不断涌现出新的技术和理论,英文缩写也在不断增加。
这些缩写不仅是对具体技术的简称,更是表面处理领域不断进步和发展的见证。
总之,表面处理作为一项重要的技术和工艺,对于提高物体的性能和质量具有重要的作用。
w cmp反应机理

w cmp反应机理W-CMP反应机理引言:W-CMP(Wet Chemical Mechanical Planarization)是一种用于半导体制造中的关键工艺,用于平整化和抛光硅片表面。
它通过化学溶液和机械力的结合,去除表面不均匀性,提高芯片制造的质量和可靠性。
本文将介绍W-CMP反应的机理,包括反应过程、关键步骤以及影响因素。
1. W-CMP反应过程:W-CMP反应主要包括两个关键步骤:化学反应和机械研磨。
首先,化学反应阶段利用化学溶液中的活性物质与硅片表面发生反应,溶解或氧化硅层。
活性物质可以是氧化剂、酸性或碱性溶液。
其次,机械研磨阶段利用旋转的研磨头在化学反应的基础上,通过物理力学的方式去除已经被化学溶液削弱的硅片表面,使其达到所需的平整度。
2. 关键步骤:a. 化学反应阶段:在化学反应阶段,通常使用含有氧化剂的碱性溶液,如氢氧化钠(NaOH)和过氧化氢(H2O2)。
氢氧化钠作为碱性溶液可以提供氢氧根离子(OH-),与硅层表面的氧化物反应生成水和硅酸盐。
过氧化氢可以提供氧气,促进硅层的氧化反应,形成二氧化硅。
这些反应使硅层表面的硅酸盐和氧化物被溶解或转化为更容易去除的化合物。
b. 机械研磨阶段:在机械研磨阶段,研磨头通过旋转,在化学反应的基础上施加力量,去除已经被化学溶液削弱的硅片表面。
研磨头通常由聚氨酯泡沫或聚合物材料制成,表面覆盖有研磨粒子,如二氧化硅或氮化硅。
这些研磨粒子与硅片表面形成摩擦,物理上剥离表面,同时化学反应溶解的硅酸盐和氧化物也会被带走。
3. 影响因素:a. 化学反应条件:化学反应的速率和效果受到溶液的浓度、温度、氧化剂的种类和浓度等因素的影响。
较高的碱性溶液浓度和较高的氧化剂浓度可以加快化学反应速率,但过高的浓度可能导致非均匀性和损伤。
温度的升高通常也有利于化学反应,但过高的温度可能导致溶液挥发和反应不稳定。
b. 机械研磨条件:机械研磨的效果受到研磨头材料、研磨头硬度、研磨粒子大小和分布等因素的影响。
一文讲清楚CMP过滤工艺

一文讲清楚CMP过滤工艺CMP过滤是诸多半导体过滤工艺中比较有趣且特殊的的一环。
它不同于其他过滤工艺,对固体杂质要求“宁错杀,不放过”,在CMP Slurry 过滤中,我们理想的状态是“不放过一个坏人,不冤枉一个好人”。
概念简述CMP全称化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)或者叫化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。
是一个化学腐蚀+物理研磨的平坦化过程,可以把表面粗糙度打磨到1纳米以下。
CMP工艺在半导体生产中有着举足轻重的地位。
半导体工艺,对晶圆表面的平坦度有着几近苛刻的要求,这是因为在光刻的时候,需要晶圆表面绝对的平坦,才能才能保证光刻图像清晰不失焦。
光刻机镜片粗糙度RMS小于0.05nm不仅晶圆需要CMP打磨,湿法刻蚀后要打磨紧致腐蚀的粗糙面方便涂胶沉积;浅槽割离(SEI)后要打磨,磨平多余的氧化硅,完成沟槽填充;金属沉积后要打磨,去除溢出的金属层,防止器件短路CMP过滤要点①Filtration RetentionCmp浆料过滤与其他料液过滤要求不同,在CMP Slurry过滤工艺中,理想状态下,我们希望直径大于某个值的颗粒能被过滤,而小于这个值的颗粒则保留,使研磨液的平坦化效果达到最佳。
在实际工序中很难达到这一理想状态,部分符合工艺要求的颗粒会被截留,造成性能损失;部分超过要求直径的颗粒会流入后端,造成表面缺陷。
下图三条曲线红色表示常规过滤器对不同直径颗粒过滤比率,紫色表示理想状态下不同直径颗粒被滤除的比率,蓝色表示实际CMP过滤工艺对不同直径颗粒的过滤比。
我们由图可知,在实际过滤工艺中,仍然有一部分合格的研磨颗粒被滤除,而一部分直径过大的颗粒流入过滤器下游。
②Shear Stress EffectCMP浆料过滤的一个难点在于,经过优异的过滤工艺,Slurry中的大颗粒都被滤除,但保留下来的小颗粒会在应力作用下聚结成团,变成能对晶圆表面造成损伤的大颗粒。
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1. EXECUTIVE SUMMARY
1.1 Problem Advanced photolithography in Very Large Scale Integration (VLSI) increasingly demands global planarity across a chip-sized printing field for fine resolution. Planarization by chemical mechanical polishing (CMP) is a simple technique that can achieve this. In a designed experiment we evaluate a polisher which does oxide planarization by CMP for possible use in the wafer fabrication manufacturing process. Our goal is to find the maximum rate of oxide removal which can be used (for throughput reasons) without degrading the uniformity of the removal over the surface of the wafer. 1.2 Solution Strategy In CMP a wafer is held by a rotating carrier and is polished by pressing the wafer face down onto a polishing pad on a rotating platen. The important parameters for the polishing process are platen and wafer rotation frequencies and polishing pressure. Design of experiments (DOE) is an effective way to investigate the relationship of these parameters to oxide removal rate and uniformity across the wafer, while quantifying the reproducibility of the removal process from wafer to wafer. We designed an experiment to study the effects of platen and wafer rotations for an automatic wafer polishing machine suitable for CMP. All combinations of five wafer and three platen rotation frequencies were used. Three wafers were polished at each combination of wafer and platen rotation frequencies. A tendency of the polisher removal rate to drift lower through time had previously been noticed. Thus an important design issue was to choose the order of the fifteen combinations so as to allow estimation of the effects of the design parameters independent of a linear drift as well as to quantify the magnitude of the drift. Graphical methods and analyses of variance allow detection of the effects of the
PLANARIZATION BY CHEMICAL MECHANICAL POLISHING: A RATE AND UNIFORMITY STUDY
A.E. Freeny W.Y-C. Lai
AT&T Bell Laboratories Murray Hill, New Jersey 07974 This memorandum will be included in the volume "Statistics in the Semiconductor Industry: Case Studies of Process/Equipment Characterization" to be published by SEMATECH in 1993. Planarization by chemical mechanical polishing (CMP) is gaining importance as Very Large Scale Integration (VLSI) pushes below the 0. 5 µ m regime. The global planarity which can be achieved by this technology permits maintaining fine features with increasing metal levels. In this article we describe a designed experiment that we used to help identify an optimum processing regime and quantify process reproducibility. Looking at the effects of platen and wafer rotation on rate and uniformity of oxide removal, we discovered a tradeoff between rate (throughput) and uniformity. A process drift over time was quantified. These results contribute to a judgement of cost and timing in introducing a new process and equipment into manufacturing.
2. PROCESS
Chemical-mechanical polishing (CMP)[1] is a novel approach to planarizing oxide topography. The procedure presses a rotating wafer face-down onto the surface of a rotating padded platen impregnated with a slurry of extremely fine abrasive. The key parameters affecting the removal rate and uniformity across the wafer are the wafer pressure against the polishing pad, the platen and wafer rotation frequencies. The polisher used in the experiment was an automatic cassette-to-cassette loading single-wafer polisher with five stations: input, primary polish, secondary polish, rinse, and output. Wafers are removed singly from the input cassette and transported via the carrier to the primary polishing station. The polishing action consists of three relative motions: the wafer rotation about its center, the platen rotation, and a small oscillation of the arm supporting the wafer carrier. After primary polishing is completed, the carrier transports the wafer to the secondary polishing station, which performs a clean-up step. The polished wafer is unloaded via a water track into the output cassette, and kept submerged until cassette removal.