集成电路工艺第九章化学机械抛光.ppt
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《集成电路工艺》课件
集成电路工艺设备
薄膜制备设备
化学气相沉积设备
用于在硅片上沉积各种薄膜，如氧化硅、氮化硅 等。
物理气相沉积设备
用于沉积金属、合金等材料，如蒸发镀膜机。
化学束沉积设备
通过离子束或分子束技术，在硅片上形成高纯度 、高质量的薄膜。
光刻设备
01
02
03
投影式光刻机
将掩膜板上的图形投影到 硅片上，实现图形的复制 。
降低成本
集成电路工艺能够实现大规模生产，降低了单个电子 元件的成本。
促进技术进步
集成电路工艺的发展推动了半导体制造技术的进步， 促进了微电子产业的发展。
02
CATALOGUE
集成电路制造流程
薄膜制备
物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD ）是最常用的两种沉积技术。
薄膜的厚度、均匀性和晶体结构等特性对集成电路的 性能和可靠性具有重要影响。
分类
按照制造工艺技术，集成电路可分为 薄膜集成电路和厚膜集成电路；按照 电路功能，集成电路可分为模拟集成 电路和数字集成电路。
集成电路工艺的发展历程
小规模阶段
20世纪60年代，晶体管被集成 在硅片上，形成了小规模集成 电路。
大规模阶段
20世纪80年代，微处理器和内 存被集成在硅片上，形成了大 规模集成电路。
02
它通过化学腐蚀和机械研磨的协同作用，将硅片表面研磨得更
加平滑，减小表面粗糙度。
抛光液的成分、抛光压力和抛光时间等参数对抛光效果具有重
03
要影响。
03
CATALOGUE
集成电路工艺材料
硅片
硅片是集成电路制造中最主要的材料之一，其质量直 接影响集成电路的性能和可靠性。
薄膜制备设备
化学气相沉积设备
用于在硅片上沉积各种薄膜，如氧化硅、氮化硅 等。
物理气相沉积设备
用于沉积金属、合金等材料，如蒸发镀膜机。
化学束沉积设备
通过离子束或分子束技术，在硅片上形成高纯度 、高质量的薄膜。
光刻设备
01
02
03
投影式光刻机
将掩膜板上的图形投影到 硅片上，实现图形的复制 。
降低成本
集成电路工艺能够实现大规模生产，降低了单个电子 元件的成本。
促进技术进步
集成电路工艺的发展推动了半导体制造技术的进步， 促进了微电子产业的发展。
02
CATALOGUE
集成电路制造流程
薄膜制备
物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD ）是最常用的两种沉积技术。
薄膜的厚度、均匀性和晶体结构等特性对集成电路的 性能和可靠性具有重要影响。
分类
按照制造工艺技术，集成电路可分为 薄膜集成电路和厚膜集成电路；按照 电路功能，集成电路可分为模拟集成 电路和数字集成电路。
集成电路工艺的发展历程
小规模阶段
20世纪60年代，晶体管被集成 在硅片上，形成了小规模集成 电路。
大规模阶段
20世纪80年代，微处理器和内 存被集成在硅片上，形成了大 规模集成电路。
02
它通过化学腐蚀和机械研磨的协同作用，将硅片表面研磨得更
加平滑，减小表面粗糙度。
抛光液的成分、抛光压力和抛光时间等参数对抛光效果具有重
03
要影响。
03
CATALOGUE
集成电路工艺材料
硅片
硅片是集成电路制造中最主要的材料之一，其质量直 接影响集成电路的性能和可靠性。
纳米集成电路化学机械抛光工艺建模与仿真及可制造性设计技术研究
二、可制造性设计技术
1、可制造性设计技术的概念和 意义
1、可制造性设计技术的概念和意义
可制造性设计技术是一种面向制造的设计方法，它是指在产品设计过程中， 通过考虑产品制造的全过程，来提高产品设计的质量、降低产品制造的难度和成 本、减少产品制造的时间。在纳米集成电路制造领域，可制造性设计技术是提高 制造质量和产量的重要手学腐蚀方法，将硅片表面加工成平坦的基准面。 3、研磨：通过机械研磨方法，将硅片表面研磨成超光滑的平面，达到纳米级 别的粗糙度。
内容摘要
4、清洗：再次清洗硅片表面，去除研磨过程中产生的碎屑和污染物。
1、技术难度高：需要严格控制 化学腐蚀和机械研磨的平衡，确 保表面质量的一致性。
2、环境污染：化学试剂的废液 处理不当，会对环境造成污染。
2、环境污染：化学试剂的废液处理不当，会对环境造成污染。
未来，硅片化学机械抛光技术的发展方向将集中在以下几个方面： 1、新材料的研究：寻找更适合集成电路制造的新型材料，替代传统的硅材料， 以提高集成度和性能。
2、环境污染：化学试剂的废液处理不当，会对环境造成污染。
4、纳米集成电路化学机械抛光 工艺仿真的结果及分析
4、纳米集成电路化学机械抛光工艺仿真的结果及分析
通过化学机械抛光工艺的建模与仿真，可以得出相应的仿真结果。根据这些 结果，可以对制造过程中的各种因素进行分析，如材料去除率、表面粗糙度、工 件形貌等。通过分析这些结果，可以有效地优化制造工艺，提高制造质量和产量。
（2）建立仿真模型：利用计算机仿真技术，建立化学机械抛光工艺的仿真模 型，包括工艺流程仿真、工艺参数仿真、工艺效果仿真等；
2、纳米集成电路化学机械抛光工艺建模与仿真的方法和步骤
（3）模型验证：通过实验验证，确认所建立的数学模型和仿真模型的有效性 和准确性；
集成电路制造工艺PPT课件
34
2006年度中国集成电路封装测试前十大企业是：
• 飞思卡尔半导体(中国)有限公司 • 奇梦达科技(苏州)有限公司 • 威讯联合半导体(北京)有限公司 • 深圳赛意法半导体有限公司 • 江苏新潮科技集团有限公司 • 上海松下半导体有限公司 • 英特尔产品(上海)有限公司 • 南通富士通微电子有限公司 • 星科金朋(上海)有限公司 • 乐山无线电股份有限公司
1947年圣诞前夕，贝尔实验 室的科学家肖克利(William Shockley)和他的两助手布拉 顿(Water Brattain 、巴丁 （John bardeen)在贝尔实验 室工作时发明了世界上第一 个点接触型晶体管
由于三人的杰出贡献，他们分享了 1956年的诺贝尔物理学奖
6
锗多晶材料制备的点接触晶体管
furnace. Our development and design of this tool began in 1992, it was installed in
December of 1995 and became fully operational in January of 1996.
45
• 现已进入到：
– VLSI – ULSI – GSI
14
小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) 中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) 大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)
超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)
特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI） VLSI使用最频繁，其含义往往包括了ULSI和GSI。中文中 把VLSI译为超大规模集成，更是包含了ULSI和GSI的意义。
2006年度中国集成电路封装测试前十大企业是：
• 飞思卡尔半导体(中国)有限公司 • 奇梦达科技(苏州)有限公司 • 威讯联合半导体(北京)有限公司 • 深圳赛意法半导体有限公司 • 江苏新潮科技集团有限公司 • 上海松下半导体有限公司 • 英特尔产品(上海)有限公司 • 南通富士通微电子有限公司 • 星科金朋(上海)有限公司 • 乐山无线电股份有限公司
1947年圣诞前夕，贝尔实验 室的科学家肖克利(William Shockley)和他的两助手布拉 顿(Water Brattain 、巴丁 （John bardeen)在贝尔实验 室工作时发明了世界上第一 个点接触型晶体管
由于三人的杰出贡献，他们分享了 1956年的诺贝尔物理学奖
6
锗多晶材料制备的点接触晶体管
furnace. Our development and design of this tool began in 1992, it was installed in
December of 1995 and became fully operational in January of 1996.
45
• 现已进入到：
– VLSI – ULSI – GSI
14
小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) 中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) 大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)
超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)
特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI） VLSI使用最频繁，其含义往往包括了ULSI和GSI。中文中 把VLSI译为超大规模集成，更是包含了ULSI和GSI的意义。
集成电路工艺第九章化学机械抛光
化学机械抛光基本原理
02
化学机械抛光（CMP）是一种将化学腐蚀和机械研磨相结合的芯片表面平坦化技术。
CMP首先通过化学腐蚀剂对芯片表面进行初步研磨，然后通过机械研磨方式将芯片表面的材料进一步去除，从而实现表面平坦化。
化学机械抛光过程
研磨液的成分和浓度
研磨压力
研磨时间
化学机械抛光影响因素
优点
CMP技术可以实现对芯片表面进行大面积、高精度平坦化处理，同时可以去除芯片表面不同类型的污染物和损伤层。
加强基础研究，不断推进技术进步
加强产业协同，推动产业发展
加强人才培养和技术交流，提高行业整体水平
THANKS
谢谢您的观看
抛光液的组成和作用
抛光垫的性能优化
CMP技术的工艺优化
绿色化发展
随着环保意识的不断提高，CMP技术的绿色化发展已成为行业发展趋势。未来的CMP技术将更加注重环保、节能和安全方面的研究，如开发无污染的抛光液、节能的抛光工艺等。
化学机械抛光技术的未来发展方向
超光滑表面抛光
随着集成电路技术的发展，超光滑表面抛光已成为CMP技术的重要研究方向。未来的CMP技术将更加注重超光滑表面的抛光技术研究和应用，如采用纳米级磨料、采用先进检测技术等。
晶圆表面处理
在晶圆制造中，化学机械抛光被广泛应用于表面处理，以去除表面的划痕、凸起和其他缺陷，同时还可以控制表面粗糙度，以满足工艺要求。
化学机械抛光在硅片表面处理中的应用
03
制程效率
化学机械抛光的制程效率高，可以在短时间内处理大量的硅在集成电路制造中的重要性
01
表面处理
在表面处理之后，需要进行研磨，使表面达到更平整的状态。
研磨
在研磨之后，需要进行抛光处理，使表面更加光滑平整。
化学机械抛光制程简介 半导体CMP工艺介绍PPT
0.1
1
(Gap fill)
10 100
Local
1000 10000
Global
平坦化 范围 (微米)
Introduction of CMP
Step Height（高低落差） & Local Planarity（局部平坦化过程）
H0= step height
高低落差越来越小
局部平坦化：高低落差消失
CMP 发展史
• 1983: CMP制程由IBM发明。 • 1986: 氧化硅CMP （Oxide-CMP）开始试行。 • 1988: 金属钨CMP（W CMP）试行。 • 1992: CMP 开始出现在 SIA Roadmap。 • 1994: 台湾的半导体生产厂第一次开始将化学机械研磨
应用于生产中。 • 1998: IBM 首次使用铜制程CMP。
Introduction of CMP
初始形貌对平坦化的影响
A
B
C
A
C RR
B
Time
CMP 制程的应用
Introduction of CMP
CMP 制程的应用
• 前段制程中的应用
– Shallow trench isolation (STI-CMP)
• 后段制程中的应用
– Pre-meal dielectric planarization (ILD-CMP) – Inter-metal dielectric planarization (IMD-CMP) – Contact/Via formation (W-CMP) – Dual Damascene (Cu-CMP) – 另外还有Poly-CMP, RGPO-CMP等。
Introduction of CMP
半导体设备 集成电路制造用化学机械抛光(cmp)设备测试方法
半导体设备集成电路制造用化学机械抛光(cmp)设备测试方法
集成电路制造用化学机械抛光（CMP）设备测试方法如下：
1. 确保CMP设备处于适宜的工作环境，包括温度、湿度、洁
净度等因素。
根据设备的规格和要求进行相应的设置和调整。
2. 检查CMP设备的机械部件，包括抛光盘、抛光头等，确保
其完好无损并有必要的维护。
3. 进行设备的安全测试，检查供电电源、气源等是否正常运行，是否存在安全隐患。
4. 确保CMP设备和相关的测试仪器连接正确，如控制系统、
传感器等。
5. 在设备中放入待抛光的半导体材料样品，并根据需要设置和调整相关参数，如抛光时间、抛光速度、压力等。
6. 启动CMP设备，观察设备的运行状态，检查各部件的工作
情况。
注意观察抛光过程中的各项指标，如材料的表面平整度、去除粗糙度等。
7. 在抛光过程中，定期检查和记录设备的性能指标，如抛光头的磨损程度、压力的稳定性等。
根据需要，可以进行抛光过程中的中间检测，如检测材料的表面粗糙度变化。
8. 抛光结束后，关闭CMP设备，进行设备的清洁和维护工作。
清除抛光废料，并清洗设备的各个部件，以确保设备的正常运行和延长设备的寿命。
以上就是半导体设备集成电路制造用化学机械抛光（CMP）设备测试方法的一般步骤。
具体的测试方法和步骤可能会根据设备的不同而有所差异，需要根据实际情况进行调整和补充。
化学机械抛光
化学机械抛光
报告人：万珊珊
半导体产业是现代电子工业的核心，而半导体产业的 基础是硅材料工业。虽然有各种各样新型的半导体材 料不断出现，但 90%以上的半导体器件和电路，尤 其是超大规模集成电路（ULSI）都是制作在高纯优 质的硅单晶抛光片和外延片上的。 目前，超大规模集成电路制造技术已经发展到了 0.12μm 和 300mm 时代，特征线宽为 0.1μm 的技术 也正在走向市场。随着特征线宽的进一步微小化，对 硅片表面的平坦化程度提出了更高的要求，CMP 被 公认为是 ULSI 阶段最好的材料全局平坦化方法，该 方法既可以获得较完美的表面，又可以得到较高的抛 光速率，已经基本取代了传统的热流法、旋转式玻璃 法、回蚀法、电子环绕共振法等。
静电吸盘
硅片的夹持技术
由于化学机械抛光中材料去除量很少， 一般只有几微米，因此，化学机械抛 光的材料去除力较小，对夹持系统的 吸附力强度要求不高，但要求有较高 的平整度。针对这种要求，目前在化 学机械抛光中主要使用的夹持方法有 石蜡粘结、水的表面张力吸附、多孔 陶瓷式真空吸盘、静电吸盘和薄膜式 真空吸盘吸附等方法。
抛光液
化学机械抛光是化学腐蚀和机械磨削 同时进行，分为铜离子抛光、铬离子 抛光和普遍采用的二氧化硅胶体抛光。 二氧化硅胶体抛光是由极细的二氧化 硅粉、氢氧化钠（或有机碱）和水配 制成胶体抛光液。在抛光过程中，氢 氧化钠与硅表面反应生成硅酸钠，通 过与二氧化硅胶体的磨削，硅酸钠进 入抛光液，两个过程不停顿地同时进 行而达到抛光的目的。
机械夹持与石蜡粘结方法
早期的硅片固定方法有机械式夹钳和 石蜡粘结等。但机械夹持方法容易使 硅片发生翘曲变形或者损坏硅片的边 缘区域，所以目前已经很少使用。 石蜡粘结方法是另一种使用较早的方 法。具体方法是将硅片放置在夹具上 的规定位置，先加热，然后将熔化的 粘结剂渗入到硅片与夹具之间，并且 仅供给不使硅片浮起的必要量，然后 在工件上进行加压，使石蜡将硅片平 整的固定在基板上。
报告人：万珊珊
半导体产业是现代电子工业的核心，而半导体产业的 基础是硅材料工业。虽然有各种各样新型的半导体材 料不断出现，但 90%以上的半导体器件和电路，尤 其是超大规模集成电路（ULSI）都是制作在高纯优 质的硅单晶抛光片和外延片上的。 目前，超大规模集成电路制造技术已经发展到了 0.12μm 和 300mm 时代，特征线宽为 0.1μm 的技术 也正在走向市场。随着特征线宽的进一步微小化，对 硅片表面的平坦化程度提出了更高的要求，CMP 被 公认为是 ULSI 阶段最好的材料全局平坦化方法，该 方法既可以获得较完美的表面，又可以得到较高的抛 光速率，已经基本取代了传统的热流法、旋转式玻璃 法、回蚀法、电子环绕共振法等。
静电吸盘
硅片的夹持技术
由于化学机械抛光中材料去除量很少， 一般只有几微米，因此，化学机械抛 光的材料去除力较小，对夹持系统的 吸附力强度要求不高，但要求有较高 的平整度。针对这种要求，目前在化 学机械抛光中主要使用的夹持方法有 石蜡粘结、水的表面张力吸附、多孔 陶瓷式真空吸盘、静电吸盘和薄膜式 真空吸盘吸附等方法。
抛光液
化学机械抛光是化学腐蚀和机械磨削 同时进行，分为铜离子抛光、铬离子 抛光和普遍采用的二氧化硅胶体抛光。 二氧化硅胶体抛光是由极细的二氧化 硅粉、氢氧化钠（或有机碱）和水配 制成胶体抛光液。在抛光过程中，氢 氧化钠与硅表面反应生成硅酸钠，通 过与二氧化硅胶体的磨削，硅酸钠进 入抛光液，两个过程不停顿地同时进 行而达到抛光的目的。
机械夹持与石蜡粘结方法
早期的硅片固定方法有机械式夹钳和 石蜡粘结等。但机械夹持方法容易使 硅片发生翘曲变形或者损坏硅片的边 缘区域，所以目前已经很少使用。 石蜡粘结方法是另一种使用较早的方 法。具体方法是将硅片放置在夹具上 的规定位置，先加热，然后将熔化的 粘结剂渗入到硅片与夹具之间，并且 仅供给不使硅片浮起的必要量，然后 在工件上进行加压，使石蜡将硅片平 整的固定在基板上。
chap9-10解析
14
• （1）了解电迁移现象的物理机制
• （2）中值失效时间概念
• （3）改进电迁移的方法
•
结构的影响和“竹状”结构的选择；
•
AL-Cu合金(在Al中加入0.5～4％的Cu可
以降低铝原子在晶间的扩散系数。但同时电阻
率会增加！)和AL-Si-Cu合金；
•
三层夹心结构。
15
9.3 铜及低K介质
• 降低互连线延迟时间重要方法之一：使用
➢可以通过掺杂改变MS。如n-poly可以使VT下降1.1 V，
既工业界常用的双多晶栅dual-poly（n & p）工艺。 ➢多晶栅自对准技术，可以进一步提高集成度。
22
多晶硅栅自对准技术
23
LDD(Lightly Doped Drain)＋spacer 多晶硅自对准技术
LDD工艺是CMOS集成电路进入亚微米后应用最广泛的技术， LDD结构是 用来降低MOS管源端和漏端在沟道的电场分布，以克服热载流子效应所造成的 I-V特性因长时间作用而漂移的问题。但是LDD结构在导电沟道两段的深度只有 20nm，这等于在源极和漏极 的两端形成了两个尖端，尖端放电现象即静电放电 (ESD) 便容易发生在LDD结构上，从而造成这种结构的抗静电能力较低。
接成为具有一定功能的电路模块。 • 接触材料：直接与半导体材料接触的材料，以及
提供与外部相连的连接点。 • 金属材料：除了常见AL、CU、Pt、W等以外，
还包括重掺杂多晶硅、金属硅化金属合金等金属 性材料。
3
9.1 集成电路对金属化材料特性的要求
对IC金属化系统的主要要求
电学、机械、热学、热力学及化学
26
金属硅化物作为接触材料
特点：类金属，低电阻率（<0.01多晶硅），高温