半导体制造工艺-平坦化.ppt

10.4　CMP质量控制 2) 抛光垫的选取、研磨液的化学配置、被抛光材料的特性三者没有配合优化到最佳。(5)CMP清洗后表面的颗粒1) 颗粒数过多(例如检测标准0.18μm工艺，要求颗粒直径大于8μm的颗粒数要小于20个)。2) 在深图形中残留研磨液结垢，如在光刻对准标记和压点区。3) 残留的铜在介质区域或有图形的表面的线条间移动。① 检查是否做了有图形硅片上残留铜的清洗。对于高图形密度来说这是很难的。② 检查双面洗擦毛刷是否污染。③ 确认是否用了最合适的清洗化学药品，特别是对清洗铜残留物而言。 10.4　CMP质量控制 ④ 确认从硅片表面上不同的暴露材料和毛刷及清洗化学试剂没有产生化学药品的交叉污染。 10.3　化学机械平坦化 表10-2　研磨液参数对特定CMP应用工艺的影响 10.3　化学机械平坦化 ⑤ 抛光研磨液后处理：作为消耗品，研磨液一般是一次性使用。 随着CMP市场的扩大，抛光研磨液的排放及后处理工作量也在增大(出于环保原因，即使研磨液不再重复利用，也必须先处理才可以排放)。而且，抛光研磨液价格昂贵，如何对抛光研磨液进行后处理，补充必要的化学添加剂，重复利用其中的有效成分，或降级使用，不仅可以减少环境污染，而且可以大大降低加工成本。抛光研磨液的后处理研究将是未来的新研究热点。(5)终点检测设备　终点检测是检测CMP工艺把材料磨除到一个正确的厚度的能力。1)电动机电流终点检测。2)光学干涉法终点检测。 10.3　化学机械平坦化 图10-21　终点检测的光学干涉 10.3　化学机械平坦化 图10-22　CMP后的CMOS电路剖面图(未经过光学检测) 10.3　化学机械平坦化 图10-23　经光学终点检测后的剖面图 3)先进的终点检测技术——红外终点检测技术。 10.3　化学机械平坦化 (6)清洗设备与干出干进　过去CMP设备只是研磨抛光，与清洗设备是分开的。2. CMP设备的发展(1)单抛光头旋转式系统　CMP 转动设备是用以玻璃陶瓷或其他金属的磨平抛光设备为基础的，这种设备由单个研磨盘和单个抛光头构成。(2) 多抛光头旋转式CMP系统　随着生产力需求和缺陷标准提高，出现了多研磨头的旋转体系，这类设备有很多种。 图10-24　多抛光头CMP设备 10.3　化学机械平坦化 (3) 多研磨盘CMP系统　由于Auriga公司和Symphony公司的设备缺乏灵活性，例如加工的硅片片数是22片而不是25片硅片，就不能发挥它们生产力高的优点。(4) 轨道式CMP系统　由于对于工艺的灵活性和生产力的需求提高，IPEC公司开发出了676轨道式CMP系统。(5) 线性CMP设备　最后，有些公司开发出能够实现高线速度的线性CMP设备。10.3.4　CMP工艺控制 CMP工艺操作虽然简单，可是CMP效果受多方面因素的控制，所以要得到期望的效果，工艺控制就非常重要。1. CMP工艺流程 10.3　化学机械平坦化 1)前期准备：根据研磨的材料对象(如硅、二氧化硅、铝、铜等)、工艺对象(STI、ILD、LI等)来选择合适的研磨液、抛光垫、清洗液等消耗品，并按照要求做好CMP设备、硅片、化学品(研磨液、清洗液)配置和输送系统、环境等的前期准备(例如设备和硅片清洗、检测，环境是否达到要求等)。2)研磨抛光、清洗、甩干：按照工艺文件的要求设置工艺参数进行CMP、清洗和甩干并监控工艺过程，做好工艺记录。3)质量检测与评估：按照检验工艺文件的检测方案(抽样、质量参数、检测工具和仪器、测量点等)进行测量和计算，并按照标准判断CMP工艺的合格性，做好记录。2. 影响CMP效果的主要参数 10.3　化学机械平坦化 表10-3　影响CMP效果的主要参数 10.3　化学机械平坦化 图10-25　单晶硅片抛光速率v与压力p的关系图 (1) 抛光头压力　以对单晶硅片进行CMP为例来说明。 10.3　化学机械平坦化 (2)抛光头与研磨盘间的相对速度　抛光速率随着抛光头与研磨盘间的相对速度的增大而增大。(3)抛光垫　抛光垫是在CMP中决定抛光速率和平坦化能力的一个重要部件。① 碎片后为防止缺陷而更换抛光垫。② 优化衬垫选择以便取得好的硅片内和硬膜内的均匀性和平坦化(建议采用层叠或两层垫)。③ 运用集成的闭环冷却系统进行研磨垫温度控制。④ 孔型垫设计、表面纹理化、打孔和制成流动渠道等有利于研磨液的传送。⑤ CMP前对研磨垫进行修正、造型或平整。⑥ 有规律地对研磨垫用刷子或金刚石修整器做临场和场外修整。 10.3　化学机械平坦化 (4) 研磨液　研磨液是影响CMP速率和效果的重要因素，在半导体工艺中，针对SiO2、钨栓、多晶硅和铜，需要用不同的研磨液来进行研磨，不同厂家的研磨液的特性也有所区别。1)磨粒。① 磨粒材