Sohu

CMP-化学机械抛光技术它应用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的资料来中止抛光以完成高质量的名义抛光。在一定压力及抛光浆料存在下，被抛光工件相关于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机分离，在被研磨的工件名义构成光亮名义151. CMP技术最普遍的应用是在集成电路(IC)和超大范围集成电路中(ULSI)对基体资料硅晶片的抛光。而国际上普遍以为，器件特征尺寸在0.35 5m以下时，必须中止全局平面化以保障光刻影像传送的精确度和分辨率，而CMP是目前简直独一的能够提供全局平面化的技术。其中化学机械抛光浆料是关键要素之一。抛光磨料的种类、物理化学性质、粒径大小、颗粒分散度及稳定性等均与抛光效果紧密相关。此外，抛光垫的属性(如资料、平整度等)也极大地影响了化学机械抛光的效果.随着半导体行业的展开，2003年，全球CMP抛光浆料市场已展开至4.06亿美圆.但国际上CMP抛光浆料的制备基本属于商业秘密，错误外发布。

1化学机械抛光作用机制

CMP作用机理目前还没有完好的从微观角度的理沦解释。但从宏观上来说，能够解释如下:将旋转的被抛光晶片压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上，而抛光浆料在晶片与底板之间连续活动。上下盘高速反向运转，被抛光晶片名义的反响产物被不时地剥离，新抛光浆料弥补进来，反响产物随抛光浆料带走。新裸露的品片平面又发作化学反响，产物再被剥离下来而循环往复，在衬底、磨粒和化学反响剂的结协作用下，构成超精名义，要取得质量好的抛光片，必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用抵达一种均衡。假如化学腐蚀作用大于机械抛光作用，则会在抛光片名义产生腐蚀坑、桔皮状涟漪;反之，机械抛光作用大于化学腐蚀作用则名义产生高损伤层.

为了进一步了解CMP作用的实质，近年来国内外有很多关于CMP作用微观机理的研讨.清华人学王亮亮、路新春的研讨表明:CMP中主要是低频、大波长的名义起伏被逐步消弭，而小尺度上的粗糙度并未得到显著改善;当颗粒直径在10^-25 nm的范围时，粒径和粗糙度不存在单调的增减关系;桔皮的产生主要是抛光浆料中碱浓渡过高所致。而北京交通大学张朝辉等依据Lei提出的CMP作用中纳米流体薄膜理论，提出化学机械抛光过程中，受载的粗糙峰和被抛光的品片名义之间存在一纳米量级的薄流体膜，构成了纳米级薄膜活动系统，指出对纳米级活动规律中止研讨将有助r-了解化学机械抛光的作用机理，其中，在极薄的膜厚状况下的温度场剖析是一项迫切任务。同时，陈杨的研讨也表明了相似的观念:资料的去除首先源于化学腐蚀作用。一方面，在抛光过程中晶片名义部分接触点产生高温高压，从而招致一系列复杂的摩擦化学反响;在抛光浆料中的碱性组分和纳米磨料颗粒作用下，硅片名义构成腐蚀软质层，从而有效地削弱磨料对硅片基体的刻划作用，进步抛光效率和抛光名义质量。另一方面，依据Preston公式: N RR=QWNV(其中，NRR为资料去除率;QW为被抛光资料的密度;N为抛光有效磨料数;V为单个磨料所去除资料的体积，包含被去除的硅丛体的体积V,和软质层的体积V2)，软质层的构成招致v增大(即化学腐蚀作用可促进机械磨削作用)，V1减小，从而有利于减小切削深度、增强塑性磨削和进步抛光名义质量。因而，在抛光浆料质量浓度相同的条件下，采用纳米磨料抛光不只有利于减小切削深度、进步抛光名义质量，同时由于有效磨料数N的急剧增大，还有利于进步抛光效率。应该指出的是，软质层的厚度同抛光条件有关，就纳米级磨料而言，相应的软质层的厚度普通处于几纳米至十几纳米之间:而由于CMP是机械去除和化学去除相互作用的过程，因而难以经过静态化学腐蚀测最软质层的硬度。疏忽抛光垫和其它一些要素的影响，抛光浆料的活动特性对CMP的行为有很大的影响。普通抛光浆料磨粒为圆形的纳米级粒子，应用微极性流体能够模仿粒子的微旋运动对抛光性能的影响。张朝辉研讨的模仿结果表明微极性将增加承载才干，从而有利于进步抛光速率。这一特性在低节距或低转速下更为显著，表示出尺寸依赖性。

2化学机械抛光浆料

抛光浆料的成分主要由三部分组成:腐蚀介质、成膜剂和助剂、纳米磨料粒子。抛光浆料要满足抛光速率快、抛光均一性好及抛后易清洗等请求.磨料粒子的硬度也不宜太高，以保障对膜层名义的机械损伤比较轻。

按pH值分类，抛光浆料主要分为两类:酸性抛光浆料和碱性抛光浆料。普通酸性抛光浆料都包含氧化剂、助氧化剂、抗蚀剂(又叫成膜剂)、均蚀剂、pH调制剂和磨料。氧化剂起在被抛光物件名义发作氧化腐蚀作用，然后经过机械作用去除名义凸起部分，使物件名义平整:另外，氧化剂还能氧化基体名义构成一层氧化膜从而进步选择性。助氧化剂起到进步氧化速率的作用。均蚀剂可使腐蚀平均，从而使名义润滑细腻;抗蚀剂的作用是在被抛光物件名义与被腐蚀基体构成一层联合膜，从而阻止腐蚀的中止以进步选择性。而碱性抛光浆料中普通包含络合剂、氧化剂、分散剂、pH调制剂和磨料。由于碱性抛光浆料仅在强碱中才有很宽的腐蚀范畴，而且磨料易构成划伤，所以应用远不如酸性抛光浆料普遍。关于不同的腐蚀基体要选择不同的络合剂:分散剂普通为大分子量非离子有机分散剂，其作用是保障浆料中的磨料不发作絮凝和沉降现象，并使磨料的勤度坚持尽可能低，具有良好的活动性。下面主要引见目前运用最为普遍的几种抛光浆料。

2.1 CeO2抛光浆料

稀土氧化物CeO2具有很好的抛光性能，其特性是抛光速率高，对资料的去除率高，被抛光名义粗糙度和名义微观涟漪度较小，颗粒硬度低，对被抛光名义损伤较弱;其缺陷是勃度大，易划伤且上下选择性不好，沉淀在介质膜_L吸附严重，为后续清洗带来艰难. CeO2抛光浆料普遍应用于玻璃精密抛光、超大范围集成电路Sio2介质层抛光和单晶硅片抛光等，而往常国内外有很多研讨也努力于CeO2抛光浆料对半导体衬底资料(如GaAs晶片)的抛光。

首先纳米CeO2粒子经过化学吸附与抛光名义上的Sio2之间构成Ce-O-Si键，CeO2粒子将名义部分Sio2撕裂下来，进入溶液中;经过扩散，Sio2粒子又从CeO2粒子的名义零落。Ce-O-Si键的构成与S-O-Si键的断裂影响着抛光速率.化学吸附作用和机械撕裂作用同时影响着Si-O-Si键的断裂。

CeO2抛光浆料区别于传统抛光活性强的抛光浆料都是强酸，它在碱性抛光环境下是两性的，能同时吸附阳离子和阴离子，故有更好的抛光性能。乡屯度、硬度、粒度、粒度散布、悬浮性、名义电性、名义活性和密度等都是影响其抛光性能的主要要素.粒度大的合适高速抛光，粒度小的适用于低速抛光圈.

具有高抛光性能的纳米CeO2目前的合成措施主要有:液相反响法、固相反响法、机械化学法。液相反响法包含:溶胶一凝胶法、液相沉淀法、电化学法、水热法、微乳液法、喷雾热合成法等。张鹏珍等采用溶胶一凝胶法制备了平均晶粒度在13.3 nm且粒度散布平均的纳米CeO2粉体，经此CeO2抛光浆料抛光后的玻璃幕片名义粗糙度(Ra)可降到0.6nm左右，显现了良好的抛光性能。Ming等(2a)也采用此法在常压下制备纳米CeO2,原料为硝酸饰钱、尿素和去离子水，经过加热得到的CeO2粒径为8 nm，具有立方体结构。电化学法制得的CeO2优点是粒子粒度很小，分散性也较好，工艺也相对简单，但是产率较低。水热法的优点是不需求中止高温灼烧处置，避免了硬聚会。Verdon等在耐熔的合金容器中，于1.5 MPa和500%条件下中止水热合成制得的纳米CeO2晶型较好。BondioliF等应用固相反响在得到的CeO2产物尺寸为10-20 nm，且具有较好的尺寸散布.有研讨表明，用机械化学法也能制成粒度在10-20nm的纳米CeO2. Rajendran(291经过一种新的措施研讨了CeO2抛光Si仇过程，发现CeO2的机械作用能加速其与Siq恢复的化学反响，并且在抛光过程中存在Cc 3+与Ce0+两种价态。

2.2 Si02抛光浆料

Si仇抛光料的优点是选择性和分散性好，机械磨损性能较好，化学性质较生动，后清洗过程废液处置较容易，其缺陷是硬度较高，易在被抛光物体名义构成不平整，且在抛光浆料中易产生凝胶现象，对抛光速度的再现性有不良影响，同时会使被抛光物体名义产生刮伤。 SiO2抛光浆料的pH值、磨料粒径(50-200 nm)与分散度、浓度等都对其抛光效果有很大的影响。Si02抛光浆料用于硅片的抛光、层间介电层OLD)的抛光、妮酸钾晶片的抛光、硬盘基片的抛光等。Siq抛光料的制备措施国内外有很多研讨，从总体来说主要是分散法与凝聚法:分散法是经过机械搅拌将纳米Si仇粉末直接分散到水中来制备Si02浆料的。用分散法制备Si02浆料主要包含以下3个过程:①纳米Si02颖粒在液体中润湿:②聚会体在机械搅拌力作用下被翻开成独立的原生粒子或较小的聚会体;③将原生粒子或较小的聚会体稳定住，阻止再发作聚会。采用分散法制备出的Si仇浆料浓度高、颗粒平均、分散性好、纯度高、黏度较小，但受粉体自身性能的影响特别严重。凝聚法是应用水溶液中化学反响所生成的SiO2经过成核、生长，采用各种措施脱除其中杂质离子得到纳米Sio2水分散体系的一种措施，该法制得的Sio2浆料颖粒粒径均一，外形规整，纯度与浓度也较高.王占银以SiO2作为抛光浆料，剖析了影响妮酸铿晶片抛光效果的要素，经过优化工艺参数，使妮酸锉的名义粗糙度凡抵达0.387 nmo雷红制备了Sio2抛光浆料用来抛光镍磷敷镀的硬盘基片，名义形貌仪测得抛光后基片的名义粗糙度和涟漪度分别为0.052 nm和0.063 nm,且基片名义无凹坑、电蚀等缺陷。另有研讨表明[301当Si02抛光浆料pH->9时，在抛光浆料中参与适量的活性剂和鳌合剂，能消弭Si02凝胶现象，得到较好的抛光结果。目前，对影响Si02抛光浆料抛光效果〔高抛光速率、低名义损伤、高名义平整度、易清洗等)的各种要素(抛光浆料粒度、pH值、温度、抛光浆料流速等)的研讨己比较成熟.

2.3 A1203抛光浆料

1998年日本COSMOS公司初次开发了纳米级别的超细A1203微粉作磨料的纳米级抛光剂，从而Al2o3抛光浆料普遍应用于CMP范畴，以纳米Y-AI203为研磨粒子的浆料可用于集成电路消费过程中层间钨、铝、铜等金属薄膜的平整化及高级光学玻璃、石英品体和各种宝石的抛光等.A12o3场抛光浆料因具有选择性低、分散稳定性不好、易聚会等缺陷，常常在几分钟内就会呈现沉淀，颗粒变粗，所以在抛光中名义划伤严重，损伤层深，所以通常A1203抛光浆料要混合有机添加物一同运用并控制好工艺条件以抵达良好的抛光效果。宋晓岚等的研讨表明，在y-A12伪固含量为6%的浆料中，参与异丙醉胺分散剂的用量为-y-A1203粉体质量的1%，同时控制浆料的pH值约为4，此时纳米y-A12场粉末的润湿性能最佳，浆料Zeta电位值较高，勃度较小，在该条件下可胜利取得长时间不沉降的稳定浆料。卢海参采用丙烯酞氯对超细氧化铝中止名义改性，有效进步了氧化铝抛光浆料的分散性，进一步的研讨表明资料去除速率随压力或下盘转速先增大后减小，随抛光时的延长，资料去除速率初期较人，后期变更趋于平缓。具有良好的抗静电性和可擦性的A1203抛光浆料在国内曾经研制出来，应用于磁性资料的精密抛光加工中。有研讨表明,经过A1203外层包覆Si02构成壳一核性结构粒子抛光浆料抛光能很好地进步抛光性能，减低名义损伤和粗糙度，其机理可能为壳一核结构的缓冲效应和粒子之间的解聚作用。

3化学机械抛光技术展开趋向

随着计算机、通讯及网络技术的高速展开，对作为其基础的集成电路的性能请求愈来愈高。集成电路芯片增大而单晶体管元件减小及多层集成电路芯片是展开的必定趋向，使得CMP在集成电路行业的重要性越来越显著，这对CMP技术提出了更高的请求。

在CMP设备方面，正在由单头、双头抛光机向多头抛光机展开;结构逐步由旋转运动结构向轨道抛光措施和线形抛光技术方面展开;开发带有多种在线检测装置的设备，如组装声学信号、力学信号、薄膜厚度及抛光浆料性质等在线丈量装置，并且分离目前的干进干出请求，将抛光后清洗装置与抛光机集成来中止开发。在应用方面，CMP技术已从集成电路的硅品片、层间介质(ILD)、绝缘体、导体、镶嵌金属W.AI. Cu. Au及多晶硅、硅氧化物沟道等的平面化，拓展至薄膜存贮磁盘、微电子机械系统(MFMS )、陶瓷、磁头、机械磨具、精密阀门、光学玻璃和金属资料等名义加工范畴。在CMP抛光浆料方面，关键是要开发新型抛光浆料，特别是复合磨料抛光浆料，使其能提供高的抛光速率、好的平整度、高的选择性以及利于后续清洗过程，以使磨料粒子不会残留在芯片名义而影响集成电路性能。

CMP浆料有待于展开的技术有:磨料制各技术、浆料分散技术和抛光浆料配方技术。首先要处置的就是尺寸小、分散度大、硬度适中、平均性好、纯度高的纳米磨料粒子。抛光浆料的排放及后处置工作最也在增大(出于环保缘由，即便浆料不再重复应用，也必须先处置才能够排放)。而且，抛光浆料价钱昂贵，如何对抛光浆料中止后处置，弥补必要的化学添加剂，重复应用其中的有效成分，或降级使川，不只能够减少环境污染，而且能够大大降低加工成本。抛光浆料的后处置研讨将是未来的新研讨热点。另外一方面，复合磨料抛光浆料的研讨也将是未来的趋向之一，由于复合磨料抛光浆料在坚持单一磨料抛光浆料优点同时也改善了其缺陷，在国外曾经呈现了复合抛光磨料的研讨报道，如A1203, Si02, CeO2各种单一抛光磨料相互经过包覆构成壳一核型的复合抛光磨料，集中各种单一抛光磨料的优点，从而配制出抛光效果更佳的新型复合抛光浆料。实验表明，在较软的磨料粒子外面包覆一层较硬的物质，能够在进步其抛光速率的同时也坚持了较高的选择性;而在较硬的磨料粒子外面包覆一层较软的物质，则可在坚持其较高抛光速率的基础上改善其抛光名义质量。如Lu等胜利地在球形SiO2粒子外面包覆一层Ce02，并以其作为磨料制备复合抛光浆料与Sio2和Ce02抛光浆料中止抛光实验的比较，研讨表明，复合磨料具有更好的抛光效果。目前，CMP技术己经不局限于运用固体磨料，以至呈现了用气体来中止抛光的技术(如HVPE技术等)，为抛光浆料的展开开辟了新的思绪。

近年来，CMP技术得到了长足的展开，涌现出了不少新技术，例如:固结磨料化学机械抛光技术、电化学机械平整化技术、无磨料化学机械抛光技术、无应力抛光技术、接触平整化技术和等离子辅助化学蚀刻平整化技术等。

固然CMP技术展开的速度很快，但目前对CMP技术的了解还处于定性的阶段，需求处置的理论及技术问题还很多。如人们对诸如抛光参数(如压力、转速、温度等)对平面度的影响、抛光垫一浆料一片子之间的相互作用、浆料化学性质(如组成、pH值、颗粒度等)对各种CMP参数的影响及其机理了解依旧甚少，因而定量肯定最佳CMP工艺、系统地研讨CMP工艺过程参数、树立完善的CMP理论模型、满足各种超大型集成电路消费对CMP工艺的不同请求，是研讨CMP技术的严重课题。由于缺乏有效的在线终点检测技术，维持稳定的、一次经过性的消费运转过程还存在艰难，因而迫切需求开发适用的在线检测伎俩。普通在芯片工艺的最后几个阶段也需中止CMP加工，此时每个芯片的价值已抵达数千至数十万美圆，因而，芯片名义残留浆料的肃清是CMP后清洗的主要课题。研制适合的CMP工艺、抛光设备及浆料以使去除速度高而稳定、片子的模内平均性和片内平均性都理想，且产生的名义缺陷少，是CMP技术展开的主要难题。

4结语

综上所述，CMP技术可用于各种高性能和特殊用处的集成电路制造，且应用范畴口益扩展，已成为最为重要的超精密名义全局平面化技术，也是国际竞争的关键技术，其增长势头和展开前景十分可观。深化研讨和开发CMP技术，并构成具有自主学问产权的资料和工艺，将促进我国IC产业的良性展开，进步我国在这一方面的国际位置，同时也将带来了庞大的经济和社会效益。

免责声明：文章来源于网络，如有侵权请联络作者删除。