随着技术不断进步,研磨技术从早期迭代升级至现今的CMP研磨工艺,成为芯片制造的关键技术,尤其在迈向7nm以下的先进制程。CMP研磨技术的演进线图显示了其在不断缩小的线宽上的应用。
芯片制造过程中,晶圆表面经过刻蚀、离子注入等步骤后,表面存在不平整、杂物附着等问题,需进行CMP研磨,通过抛光垫和抛光液在CMP设备上进行表面平整处理,实现晶圆的高效去除微米/纳米级材料,达到表面纳米级平坦化。相比机械抛光,CMP研磨能有效解决晶圆表面不平引发的光刻对焦不准确、电子迁移短路、线宽控制失效等问题,同时具有成本低、方法简单的优势。
CMP工艺的核心在于化学机械动态耦合作用,通过化学腐蚀与机械研磨协同作用,实现晶圆表面材料的去除和全局纳米级平坦化。研磨过程包括化学和物理两个阶段:化学过程通过研磨液中的化学成分与晶圆表面产生反应,生成易于去除的物质;物理过程则通过研磨液中的颗粒与晶圆表面的物理摩擦,去除表面化合物,最终通过水带走残渣并用高纯氮气吹干。
以硅片为例,CMP具体步骤包括将硅片固定在抛光头,抛光垫放置在研磨盘上,旋转抛光头并加入流动的研磨液,形成液体薄膜,通过化学去膜和机械去膜交替实现表面平坦化。CMP的主要技术参数包括研磨速率、平整度和研磨均匀性等,设备参数、研磨液参数、抛光垫参数以及CMP对象薄膜参数等对工艺效果具有显著影响。
随着先进制程的推进,设备不断迭代升级,第三代半导体材料的出现推动了CMP技术的进一步发展。新材料的应用使晶圆片的平坦化达到了极致,通过对每一环节的严格控制,能产出最佳的晶圆片。CMP研磨工艺在半导体制造领域的应用和优化,将持续推动芯片技术的创新与进步。