半導(dǎo)體材料的研磨拋光

時間：2020-10-26作者：淄博市淄川大眾磨料廠瀏覽：208

     磨削和研磨等磨料處理是生產(chǎn)半導(dǎo)體晶片必要方式，然而磨削和研磨會導(dǎo)致單晶硅晶片的表面完整性變差。因此拋光和平面化對生產(chǎn)微電子原件來說是十分重要的。

1簡介半導(dǎo)體基片的結(jié)構(gòu)厚度已經(jīng)被降低到0.35微米，但拋光和平展化任然是制備微電子原件的必要準(zhǔn)備。因此，拋光半導(dǎo)體基底材料的任務(wù)將在集成電路的制造過程中的角度來限定。本次講座的主要重點放在工藝技術(shù)，原材料和結(jié)構(gòu)性晶圓化學(xué)機(jī)械拋光（CMP），以及在其上進(jìn)行拋光硅片等開發(fā)的模型。此外，對于軟、脆的半導(dǎo)體材料的研磨也將會進(jìn)行討論

硅的制造加工仍然是今天的關(guān)鍵技術(shù)之一。可以預(yù)料每年生產(chǎn)的芯片表面積將會穩(wěn)定增長，這將伴隨著集成組件的增度（圖1）[1，2，3，4]。為了實現(xiàn)這一點，降低結(jié)構(gòu)的寬度則是十分必要的。目前運用的較小寬度為0.35微米，但是如果下降到0.15微米，可以預(yù)測的是接下來將會有11?Gbit?DRAM的芯片產(chǎn)出。在光刻過程中，只有有限的取決于光源波長的焦點深度（DOF）可用于所屬的晶片曝光。波長為248納米的光波，焦點深度為0.7微米，對應(yīng)加工0.35微米的結(jié)構(gòu)寬度。為了盡可能的降低成本，這些光波的對應(yīng)焦點深度頻譜則應(yīng)該得到充分利用。因此，將0.3微米分?jǐn)偟骄偤穸茸兓═TV）上，0.26微米至步進(jìn)表，其用于提高在光掩模下移動晶片的定位精度。剩余的0.14微米則被分配到晶片形貌上來。這是對由幾個氧化物層和金屬層（英特爾奔騰微處理器：3?4層）所組成的晶片有決定性的影響，因為它們必須被重復(fù)曝光

--2半導(dǎo)體材料的拋光圖2描述了拋光的任務(wù)和在硅晶片拋光中應(yīng)用的技術(shù)。1.硅襯底的拋光是在研磨和磨削之后，為了除去其表面層中的缺陷，并且為了以后的拋光實現(xiàn)了**的反射面。通常，一層大約5-30微米厚度被除去。

-2.在每個光刻步驟和蝕刻工藝之后氧化物結(jié)構(gòu)的流平性。

3.?化合物半導(dǎo)體的襯底材料的拋光是特別重要的，因為它們不表現(xiàn)出硬而脆的特性的材料特性，卻是柔軟而脆的。雖然基底材料包括，例如砷化鎵和磷化銦在內(nèi)化合物的僅占市場的2％（而硅占98％），將這些材料變得越來越重要。

一個特殊的拋光工藝可用于上面列出的每一項任務(wù)。盡管這是一個由IBM公司推廣的生產(chǎn)的半導(dǎo)體處理中使用的64Mbit的DRAM芯片的相對較新的技術(shù)——化學(xué)-機(jī)械拋光將會起著主導(dǎo)作用。

-.1硅的化學(xué)-機(jī)械拋光（CMP）

圖3所示為3軸拋光機(jī)的原理，用于基片盤的研磨。機(jī)器的軸承都是流體動力?，F(xiàn)代的圓盤傳送帶的機(jī)器需要6拋光頭。對于每一個拋光頭和晶片的拋光壓力，分別由氣動彈簧控制。

-圖4所示為用于CMP的重要工藝參數(shù)。研磨粗糙的硅晶片速度高達(dá)3米/秒，然而在研磨氧化物和金屬結(jié)構(gòu)時速度將顯著減小。7到70千帕的拋光壓力允許去除速率從60至150納米/分。7到70千帕的拋光壓力允許去除速率從60至150納米/分。（如圖

圖5?拋光壓力和溫度除去率之間的關(guān)系

--對于晶片的裝夾，有不同的技術(shù)進(jìn)行選擇。將未拋光的硅晶片固定到作為載體的熱蠟上。這種方法的優(yōu)點是具有高的保持力，缺點是，在晶片的背面將作為一個參考表面。此外，蠟的粘附是不適合用于盒式對盒式的使用。出于這個原因，還有另一種方法可以應(yīng)用到晶片拋光中。晶片被壓到一個浸漬、多孔的柔性盤上，由于粘合力作用使得它粘附到拋光頭部。由于此方法不能承受剪切力，所以將晶片固定在環(huán)內(nèi)。這種方法的優(yōu)點在于，晶片拋光側(cè)也可以作為參考面。除此之外，拋光機(jī)可以通過機(jī)器人自動加載和卸載。

如果進(jìn)行雙面拋光，晶片不必要被緊固，因為它們被插入到拋光機(jī)中。但該方法制造的晶片幾乎不被接受，因為芯片制造商較喜歡單面拋光的晶片。這樣做的原因是，在晶片內(nèi)的干擾雜質(zhì)原子，傾向于擴(kuò)散到僅被研磨和磨削后的未拋光的晶片背面。如果雜質(zhì)原子因吸除效果集中在晶圓背面，則它們引起的光刻步驟上問題將減少。

拋光墊及漿料是進(jìn)行拋光所需的重要工具，對結(jié)果有很大的影響。用堿性溶液作為拋光液，其中含有尺寸為約100納米的化學(xué)反應(yīng)性的顆粒。用具有相對小的尺寸分布且較為光滑的球狀微粒可以達(dá)到較優(yōu)的效果。化學(xué)-機(jī)械拋光的顆粒硬度總是比工件的被拋光較少。

具有高剛度的聚氨酯磁盤通常被用作拋光墊。由于增加的顆粒會導(dǎo)致脫除率降低，因此需要周期性地執(zhí)行修正墊料。合適的工藝適應(yīng)調(diào)節(jié)工具仍沒有充分開發(fā)。

CMP技術(shù)在潔凈區(qū)域的應(yīng)用進(jìn)行了相當(dāng)有爭議的討論，因為清理磨料顆粒是一個問題。但是，在理論上，這個問題被已經(jīng)被解決了。對于清洗，不同的流程，例如水和超聲波浴在今天已經(jīng)被使用。

CMP材料去除過程包括一個化學(xué)過程和機(jī)械過程。圖5所示為去除速率對拋光壓力和溫度的依賴性。由于化學(xué)和機(jī)械之間的相互作用，總除去率比每個單獨去除的總和要高。去除率隨著壓力的增加而增加，飽和度大約從1牛頓/平方厘米開始。顆粒濃度的增加也會使去除率增加，一般使用1%（質(zhì)量百分比）濃度。溫度的提高對去除率的提升有著顯著效果，但是高溫度下的操作會影響較其的精度。


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