半导体CMP工艺介绍

IntroductionofCMP化学机械抛光制程简介（ChemicalMechanicalPolishing-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•CMPMirra-Mesa机台简况IntroductionofCMPCMP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（WCMP）试行。•1992:CMP开始出现在SIARoadmap。•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CMP。IntroductionofCMPCMP制程的全貌简介IntroductionofCMPCMP机台的基本构造(I)压力pressure平台Platform研磨垫Pad芯片Wafer研磨液SlurryWafercarrier终点探测EndpointDetection钻石整理器DiamondConditionerIntroductionofCMPCMP机台的基本构造(II)IntroductionofCMPMirra机台概貌SiliconwaferDiamonddiskIntroductionofCMPTeres机台概貌IntroductionofCMP线性平坦化技术IntroductionofCMPIntroductionofCMPTeres研磨均匀性(Non-uniformity)的气流控制法研磨皮带上的气孔设计(Air-beltdesign)IntroductionofCMPF-Rex200机台概貌IntroductionofCMP终点探测图（STICMPendpointprofile）光学摩擦电流为什么要做化学机械抛光（WhyCMP）?IntroductionofCMP没有平坦化之前芯片的表面形态IntroductionofCMPIsolation0.4um0.5umIMDM2M2M1M11.2um0.7um0.3um1.0um2.2um没有平坦化情况下的PHOTOIntroductionofCMP各种不同的平坦化状况IntroductionofCMP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CMPResistEtchBackBPSGReflowSOGSACVD,Dep/EtchHDP,ECR0.1110100100010000(Gapfill)LocalGlobal平坦化范围(微米)IntroductionofCMPStepHeight（高低落差）&LocalPlanarity（局部平坦化过程）高低落差越来越小H0=stepheight局部平坦化：高低落差消失IntroductionofCMP初始形貌对平坦化的影响ABCACBRRTimeIntroductionofCMPCMP制程的应用CMP制程的应用•前段制程中的应用–Shallowtrenchisolation(STI-CMP)•后段制程中的应用–Pre-mealdielectricplanarization(ILD-CMP)–Inter-metaldielectricplanarization(IMD-CMP)–Contact/Viaformation(W-CMP)–DualDamascene(Cu-CMP)–另外还有Poly-CMP,RGPO-CMP等。IntroductionofCMPSTI&OxideCMP什么是STICMP?•所谓STI（ShallowTrenchIsolation），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。STICMP主要就是将wafer表面的氧化层磨平，最后停在SIN上面。•STICMP的前一站是CVD区，后一站是WET区。STISTIOxideSINSTISTISINCMP前CMP后•所谓OxideCMP包括ILD(Inter-levelDielectric)CMP和IMD(Inter-metalDielectric)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。•OxideCMP的前一站是长Oxide的CVD区，后一站是Photo区。什么是OxideCMP?CMP前CMP后STI&OxideCMPW（钨）CMP流程-1Ti/TiNPVDWCMPTi/TiNN-WellP-WellP+P+N+N+WCVDTi/TiNN-WellP-WellP+P+N+N+WWCVD功能：Glue（粘合）andbarrier（阻隔）layer。以便W得以叠长。功能：长W膜以便导电用。POLYCMP流程简介-2aFOXFOXCellP2P2P2FOXFOXCellP2P2P2FOXPOLYDEPOPOLYCMP+OVERPOLISH功能：长POLY膜以填之。功能：刨平POLY膜。ENDPOINT（终点）探测界限+OVERPOLISH（多出研磨）残留的POLY膜。ROUGHPOLYCMP流程-2bCELLARRAYCROSSSECTIONFOXFOXCellP2P2P2CELLARRAYCROSSSECTIONFOXFOXCellP2P2P2PRCOATING功能：PR填入糟沟以保护糟沟内的ROUGHPOLY。ROUGHPOLYCMP功能：刨平PR和ROUGHPOLY膜。ENDPOINT（终点）探测界限+OVERPOLISH（多出研磨）残留的ROUGHPOLY膜。CMP耗材IntroductionofCMPCMP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（conditiondisk）–钻石盘状物，整理研磨垫。IntroductionofCMPCMP耗材的影响•随着CMP耗材（consumable）使用寿命（lifetime）的增加，CMP的研磨速率（removalrate），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。•ROUTINEMONITOR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。IntroductionofCMPCMPMirra-Mesa机台简况IntroductionofCMPFABSMIRRAMESAMirra-Mesa机台外观-侧面SMIFPODWETROBOTIntroductionofCMPMirra(Mesa)TopviewMirra-Mesa机台外观-俯视图IntroductionofCMPMirra-Mesa机台-运作过程简称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PLATEN1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~