化学机械研磨技术纵览.pdf

技術專文 回文章列表 上一則 下一則 [技術專文] 中科院化學機械研磨漿技術綜覽 (半導體科技No.48, 2004/10) 化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，簡稱 CMP)製程 憑著其全面平坦化之優勢而成為半導體製程中不可或缺的一環， 由於在研磨過程中研磨漿消耗量非常之大，成為CMP 製程中最主 要之耗材。Laredo Associates機構曾於2000 年針對CMP 研磨漿 全球市場作調查分析，並預測CMP研磨漿市場規模將由2000年2.7 億美金擴增至 2005 年7.3 億美金，增加幅度達 2.7倍。面對此龐 大之市場商機，國內外有多家研究機構及廠商陸續投入開發產品； 現今雖有國內廠商完成 CMP研磨漿開發及產品上市，其品質與線 上使用之商品相較實有過之而無不及，但因國內晶圓廠對研磨漿 之依賴性及忠誠度甚高，不輕易更換既有產品，造成國內研磨漿 品牌難有立足空間。本篇主要內容係介紹中科院開發化學機械研 磨漿之經過及進展，期望為國內研磨漿產業建立自有品牌之路略 盡棉薄。 介質層CMP 研磨漿之開發 中科院化學所自1981年起因應國防工業需求展開粉體相關之化工 單元技術與製程研發，而掌握結晶粒徑控制等多項關鍵粉體處理 技術，奠定粉體工程之基礎。1995年起參與經濟部科專計畫，率 先提出以精密均質技術與化學濕法合成技術開發各種微粉、超微 粉製程及應用製品，並衍生成為現今之化工奈米核心技術。1997 年獲經濟部科技專案核定，於奈米微粉分項計畫中執行介質層CMP 研磨漿製程開發。 CMP研磨漿由漿液及磨粒所組成，漿液主導化學蝕刻效應，其變數 有 pH值、安定劑、氧化劑及其它添加劑種類及濃度等；磨粒則主 導機械研磨效應，且對研磨速率及表面瑕玼造成關鍵性的影響， 其影響之因素包括有磨粒種類、粒徑大小、粒徑分佈、外觀形狀、 濃度及分散安定性等。當年，市場上所使用之介質層CMP 研磨漿， 皆以Fumed Si1ica 為原料添加溶液研磨分散而得。但吾人著眼於 半導體產業高效率及輕薄短小之發展趨勢，線寬將由 0.35mm 逐漸 縮小，研判當線寬邁入0.18mm甚至0.13mm之際，平均粒徑為130～ 180nm 之Fumed Si1ica 研磨漿將無法滿足業者對良率之需求；而 化學法合成之 Colloidal Silica 則有粒徑可控制之優點，應可逐 漸取代現有的 Fumed Si1ica研磨漿。因此中科院化學所在開發 Silica CMP研磨漿時，除了完成 Fumed Silica 分散法製程開發， 成品達商用品水準外；並分別開發出以矽醇鹽(TEOS)、四氯化矽 (SiCl4)、矽酸鈉(Na2SiO3)等為原料之三種不同Colloidal Silica 製程。其中又以矽酸鈉為原料之製程成本最低，且所獲得之成品 有較佳之研磨效果；因此針對矽酸鈉製程繼續精進探討，並採工 業級水玻璃為原料，在嚴謹控制水熱結晶成長條件下使粒子成長， 而製備出結構緻密之Colloidal Silica。並藉由精製分離程序， 將成品漿液雜質之Na+含量控制於5ppm以內。該製程可製備出單 佈性(Monodispersed)、各種粒徑範圍(一次粒徑由15～100nm)、 高純度、球形、高品質之Colloidal Silica Slurry成品，圖一 即為單佈性Colloidal Silica成品SEM相片。漿液成品委託國家 奈米元件實驗室(NDL)以其Westech 372M CMP 機台作研磨性能測 試，研磨結果顯示固含量為 15%時，研磨速率約為商用品Cabot 公 司 SS-25研磨漿研磨速率之 70%。 磨粒凝集改質 雖然上