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半导体CMP工艺有哪些?

来源:郑州天顺食品添加剂有限公司 发布时间:2022-07-28 21:26:32 关注: 0 次
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做为半导体平坦化的核心技术,CMP始终备受关注。CMP指化学机械抛光,是化学腐蚀与机械磨削相结合的一种抛光方式 ,是现阶段唯一可以实现晶片全局平坦化的实用技术和核心技术。那么如此关键的半导体CMP工艺有哪些?

半导体CMP是什么?

化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing,CMP)是集成电路生产制造过程中实现晶圆表面平坦化的核心技术。

GMP工艺融合了机械抛光和化学抛光,相比于其他平坦化工艺来讲拥有 很大的优越性,它不仅可以对硅片表面进行局部处理,另外也可以对整个硅片表面进行平坦化处理,是现阶段唯能兼顾表面全局和局部平坦化的工艺。

与传统型的纯机械或纯化学的抛光方式 不一样,CMP工艺是根据表面化学作用和机械研磨的工艺融合来实现晶元表面微米/纳米级不一样材料的清除,进而实现晶圆表面的高度(纳米级)平坦化效应,使接下来的光刻工艺得以进行。

半导体CMP工艺介绍

浅槽隔离(STI)抛光

DirectSTICMP抛光工艺

它是比较早被选用的CMP工艺,也是CMP在芯片制造中最基础的应用。直到现在,选用氧化铈研磨液的抛光工艺依然是STICMP的主要方式 。

伴随着CMP研磨液的发展,一种高选择比(大于30)的研磨液选用氧化铈(CeO2)做为研磨颗粒。如此一来,以氮化硅(Si3N4)为抛光中止层的直接抛光(DirectSTICMP)变成现实。

纳米集成电路芯片制程中,STICMP工艺需要磨掉氮化硅(Si3N4)层上的氧化硅(SiO2),另外又尽量地降低沟槽中氧化硅的凹陷。进入45nm及以下节点后,为了填充越来越窄小的沟槽,LPCVD被选用,其生成的氧化硅薄膜具有更厚的覆盖层,这显然增加了CMP的研磨量。

铜CMP工艺

铜CMP中选用双大马士革工艺

铜CMP工艺生成于二十一世纪初130nm节点及其之后,始终延用到纳米集成电路28~22nm节点。当前的铜CMP工艺通常分为三步:

  1. 用铜研磨液(Slurry)来磨去晶圆上铜布线层表面的大多数多余的铜料;
  2. 接着用铜研磨液低速精磨与阻挡层接触的铜,另外根据终点检测技术控制研磨中止于阻挡层上;
  3. 则用阻挡层研磨液磨除阻挡层及少量的介质氧化物,并进行CMP后去离子水清洗。

高k金属栅的抛光

在32nm及以下节点工艺中,高k金属栅的“栅后方式 ”是生成高k金属栅的主要方式 之一,这其中CMP担任着颇具挑战角色。“栅后方式 ”工艺流程中的CMP,初次是ILDCMP,用于研磨开多晶门;再次是AlCMP,用于抛光铝金属。多晶门的制程涉及材料种类较多,另外要研磨氧化硅、氮化硅及多晶硅。

用“栅后方式 ”经CMP生成高k金属栅

具体来讲:

  1. 选用硅胶研磨液,这其中的氧化硅颗粒清除大多数SiO2层,留有100-200nm的氧化硅层在多晶硅门上;
  2. 选用氧化铈研磨液或固定研磨液,类似STICMP,研磨抛光中止在Si3N4层上;
  3. 选用硅胶研磨液,清除Si3N4,研磨抛光中止在多晶硅门上,这就是最富有挑战的步骤。

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