半导体CMP工艺介绍

Introduction of CMP化学机械抛光制程简介 （Chemical Mechanical Polishing- CMP)目录• CMP的发展史 • CMP简介 • 为什么要有CMP制程 • CMP的应用 • CMP的耗材 • CMP Mirra-Mesa 机台简况Introduction of CMPCMP 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CMPIntroduction of CMPCMP制程的全貌简介Introduction of CMPCMP 机台的基本构造 (I)压力pressure平台Platform研磨垫Pad芯片Wafer研磨液SlurryWafer carrier终点探测 Endpoint Detection钻石整理器 Diamond ConditionerIntroduction of CMPCMP 机台的基本构造(II)Introduction of CMPMirra 机台概貌Silicon waferDiamond diskIntroduction of CMPTeres 机台概貌Introduction of CMP线性平坦化技术Introduction of CMPIntroduction of CMPTeres 研磨均匀性(Non-uniformity) 的气流控制法 研磨皮带上的气孔设计(Air-belt design)Introduction of CMPF-Rex200 机台概貌Introduction of CMP终点探测图 （STI CMP endpoint profile）光学摩擦电流为什么要做化学机械抛光 （Why CMP）?Introduction of CMP没有平坦化之前芯片的表面形态Introduction of CMPIsolation0.4 um0.5 umIMDM2M2M1M11.2 um0.7 um0.3 um1.0 um2.2 um没有平坦化情况下的PHOTOIntroduction of CMP各种不同的平坦化状况Introduction of CMP没有平坦化之 前平滑化局部平坦化全面平坦化平坦化程度比较CMPResist Etch BackBPSG Reflow SOGSACVD,Dep/EtchHDP, ECR0.1110100100010000 (Gap fill)LocalGlobal平坦化 范围 (微米)Introduction of CMPStep Height（高低落差） & Local Planarity（局部平坦化过程）高低落差越来越小H0= step height局部平坦化：高低落差消失Introduction of CMP初始形貌对平坦化的影响ABCACBRRTimeIntroduction of CMPCMP 制程的应用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 CMPSTI & Oxide CMP什么是STI CMP?•所谓STI（Shallow Trench Isolation），即浅沟槽隔离技术，它的 作用是用氧化层来隔开各个门电路（GATE），使各门电路之间 互不导通STI CMP主要就是将wafer表面的氧化层磨平，最后停 在SIN上面 •STI CMP的前一站是CVD区，后一站是WET区STISTIOxideSINSTISTISINCMP 前CMP 后•所谓Oxide CMP包括ILD(Inter-level Dielectric)CMP和IMD (Inter- metal Dielectric)CMP,它主要是磨氧化硅(Oxide),将Oxide磨到一 定的厚度，从而达到平坦化•Oxide CMP 的前一站是长Oxide的CVD区，后一站是Photo区什么是Oxide CMP? CMP 前CMP 后STI & Oxide CMPW（钨） CMP流程-1Ti/TiN PVD WCMPTi/TiNN-WellP-WellP+P+N+N+W CVDTi/TiNN-WellP-WellP+P+N+N+WW CVD 功能：Glue（粘合） and barrier （阻隔）layer。

以 便W得以叠长功能： 长 W 膜 以便导电 用POLY CMP流程简介-2aFOXFOXCellP2P2P2FOXFOXCellP2P2P2FOXPOLY DEPOPOLY CMP + OVER POLISH功能：长POLY膜以填之 功能：刨平POLY 膜END POINT（终点）探测界限 +OVER POLISH（多出研磨） 残留的POLY膜 ROUGH POLY CMP 流程-2bCELL ARRAY CROSS SECTIONFOXFOXCellP2P2P2CELL ARRAY CROSS SECTIONFOXFO XCellP2P2P2PR COATING 功能：PR 填入糟沟以保护糟 沟内的ROUGH POLYROUGH POLY CMP 功能：刨平PR和ROUGH POLY 膜 END POINT（终点）探测界限 +OVER POLISH（多出研磨）残留 的ROUGH POLY膜 CMP耗材Introduction of CMPCMP耗材的种类• 研磨液（slurry）– 研磨时添加的液体状物体， 颗粒大小跟研磨后的刮伤等缺陷有关• 研磨垫（pad）– 研磨时垫在晶片下面的片状物。

它的使用寿命会影响研磨速率等• 研磨垫整理器（condition disk）– 钻石盘状物，整理研磨垫Introduction of CMPCMP耗材的影响•随着CMP耗材（consumable）使用寿命（life time）的增加，CMP 的研磨速率（removal rate），研磨均匀度（Nu%）等参数都会发 生变化故要求定时做机台的MONITOR •ROUTINE MONITOR 是用来查看机台和制程的数字是否稳定， 是否在管制的范围之内的一种方法Introduction of CMPCMP Mirra-Mesa 机台简况Introduction of CMPFABSMIRRAMESAMirra-Mesa 机台外观观-侧侧面SMIF PODWET ROBOTIntroduction of CMPMirra(Mesa)Top viewMirra-Mesa 机台外观观-俯视图Introduction of CMPMirra-Mesa 机台-运作过过程简简称12345612: FABS 的机器手从cassette 中拿出未 加工的WAFER并送到WAFER的暂放 台23: Mirra 的机器手接着把WAFER从暂 放台运送到LOADCUP。

LOADCUP 是WAFER 上载与卸载的地方34: HEAD 将WAFER拿住CROSS 旋 转把HEAD转到PLATEN 1到2到3如 此这般顺序般研磨43: 研磨完毕后，WAFER 将在 LOADCUP御载35: Mirra 的机器手接着把WAFER从 LOADCUP 中拿出并送到MESA清洗 56: MESA清洗部分有1）氨水（NH4OH）+MEGASONIC（超声波）糟 2）氨 水（NH4OH）刷 3）氢氟酸水（HF)刷 4）SRD，旋转，烘干部61: 最后，FABS 机器手把清洗完的WAFER 送回原本的CASSETTE加工就 这样完毕了HEAD~End~。