浙江11选5开奖规则:CMP 應用技術淺析

体育浙江11选5开奖结果查询结果 www.jpkfp.icu  一、CMP技術設備及消耗品

        CMP,即Chemical Mechanical Polishing,化學機械拋光。CMP技術所采用的設備及消耗品包括:拋光機、拋光漿料、拋光墊、后CMP清洗設備、拋光終點檢測及工藝控制設備、廢物處理和檢測設備等。拋光機、拋光漿料和拋光墊是CMP工藝的3大關鍵要素,其性能和相互匹配決定CMP能達到的表面平整水平(1)。其中拋光漿料和拋光墊為消耗品。

 


 

        岳飛曾說:“陣而后戰,兵法之常,運用之妙,存乎一心。”意思是說,擺好陣勢以后出戰,這是打仗的常規,但運用的巧妙靈活,全在于善于思考。正是憑此理念,岳飛打破了宋朝對遼、金作戰講究布陣而非靈活變通的通病,屢建戰功。如果把化學機械拋光 (CMP,Chemical Mechanical Polishing)的全套工藝比作打仗用兵,那么CMP工藝中的耗材,特別是拋光漿料的選擇無疑是“運用之妙”的關鍵所在。所以,拋光漿料是CMP的關鍵要素之一,其性能直接影響拋光后表面的質量。影響去除速度的因素有:拋光漿料的化學成分、濃度;磨粒的種類、大小、形狀及濃度;拋光漿料的粘度、pH值、流速、流動途徑等。拋光漿料的精確混合和批次之間的一致性對獲得藍寶石片與藍寶石片、批與批的重復性是至關重要的,其質量是避免在拋光過程中產生表面劃痕的一個重要因素。

        拋光漿料的成分主要由三部分組成:腐蝕介質、成膜劑和助劑、納米磨料粒子。拋光漿料要滿足拋光速率快、拋光均一性好及拋后易清洗等要求。磨料粒子的硬度也不宜太高,以保證對膜層表面的機械損害比較輕。 

        按pH 值分類,拋光漿料主要分為兩類:酸性拋光漿料和堿性拋光漿料。一般酸性拋光漿料都包含氧化劑、助氧化劑、抗蝕劑(又叫成膜劑)、均蝕劑、pH 調制劑和磨料。氧化劑起在被拋光物件表面發生氧化腐蝕作用,然后通過機械作用去除表面凸起部分,使物件表面平整;另外,氧化劑還能氧化基體表面形成一層氧化膜從而提高選擇性。助氧化劑起到提高氧化速率的作用。均蝕劑可使腐蝕均勻,從而使表面光滑細膩;抗蝕劑的作用是在被拋光物件表面與被腐蝕基體形成一層聯結膜,從而阻止腐蝕的進行以提高選擇性。而堿性拋光漿料中一般包含絡合劑、分散劑、pH 調制劑和磨料。固體粒子提供研磨作用;對于不同的腐蝕基體要選擇不同的絡合劑;分散劑一般為大分子量非離子有機分散劑,其作用是保證漿料中的磨料不發生絮凝和沉降現象,并使磨料的黏度保持盡可能低,具有良好的流動性,抑制反應生成顆粒再被拋光表面的吸附,加快質量傳遞;堿性組成一般使用KOH、氨或有機胺; pH 值為9. 5~ 11. 0。對于硅溶膠CMP拋光液,SiO2 顆粒要求范圍為1~100 nm,SiO2 濃度為1. 5%~ 50%。由于SiO2莫氏硬度為7,而藍寶石晶體的莫氏硬度為9, 所以機械磨消作用較少, 使機械損傷大大減少。 

二、CMP基本原理

        從宏觀上來說,CMP基本原理是:將旋轉的被拋光晶片壓在與其同方向旋轉的彈性拋光墊上,而拋光漿料在晶片與底板之間連續流動。上下盤高速反向運轉,被拋光晶片表面的反應產物被不斷地剝離,新拋光漿料補充進來,反應產物隨拋光漿料帶走。新裸露的晶片平面又發生化學反應,產物再被剝離下來而循環往復,在襯底、磨粒和化學反應劑的聯合作用下,形成超精表面,如圖1,2所示。

1.JPG

CMP拋光示意圖

2   CMP工藝原理示意圖

        要獲得品質好的拋光片,必須使拋光過程中的化學腐蝕作用與機械磨削作用達到一種平衡。如果化學腐蝕作用大于機械拋光作用,則會在拋光片表面產生腐蝕坑、桔皮狀波紋;反之,機械拋光作用大于化學腐蝕作用則表面產生高損傷層。

        從微觀角度,CMP 作用機理目前還沒有完整的的理論解釋。其中有一種說法認為,化學機械拋光過程是化學作用、磨削作用相互加強與促進的過程。以藍寶石化學機械拋光為例具體闡述:

        由于有KOH的存在,對于藍寶石襯底的化學機械拋光,CMP 的動力學過程主要由以下幾個步驟組成: ①反應劑分子(OH-)從液體主體向待加工片外表面擴散( 外擴散);②反應劑分子由外表面向內表面擴散其速率與質量附面層厚度相關, 在壓力與拋光機旋轉作用下, 附面層極??;③反應物吸附在待加工片的表面;④反應物在加工片表面上進行化學反應, 生成產物;⑤產物從表面解吸; ⑥產物從反應層的內表面向外表面擴散; ⑦產物從反應層的外表面向主液體擴散。如圖3所示。

        為了達到更好的拋光效果保證表面高平整、低損傷、無污染, 必須在拋光過程中加快質量傳遞過程。質量傳遞包括兩個方面: 反應物及時到達表面和反應物及時脫離表面。兩個過程中的綜合結果直接影響CMP 的速率與表面質量。藍寶石的CMP 過程區別于其他CMP 過程, 單晶Al2O3 組成物質的元素化合價已經達到最高, 其立方結構是: 一個Al 原子周圍有三個O 原子, 一個O 原子周圍連接著兩個Al 原子, 這樣形成六方密堆積型。從化學反應式和藍寶石的結構可以得出, 每生成一個AlO-2 就要斷裂三個Al—O , 而且Al—O 鍵能非常高, 在藍寶石化學機械拋光過程中, 化學作用是至關重要的。但藍寶石( 單晶Al2O3) 表面與拋光液中OH- 的反應過程與Al2O3 粉末與OH- 反應機理是不一樣的, 它不只是簡單的每個Al2O3 分子與OH- 反應生成AlO-2。在化學反應過程中, 單個原子之間的反應時間非常短( 約為10- 8 s) , 由于單晶Al2O3 特有的結構( c [0001] 晶向看藍寶石結構是一層Al 原子, 一層O 原子) ,在堿性漿料的作用下,首先表面的Al 原子或O 原子分別與漿料作用形成Al—OH O—OH 水解層, 在拋光過程中, 帶負電的SiO2 磨料粒子的表面也與OH- 形成化學鍵,之后再與藍寶石表面的懸掛鍵形成化學鍵。隨著拋光墊的轉動SiO2 磨料粒子將Al 原子和O 原子帶走。

3  CMP微觀原理示意圖

三、CMP的應用

 

 

        CMP技術的概念是1965 年由Monsanto 首次提出。該技術最初是用于獲取高質量的玻璃表面,如軍用望遠鏡等。1988 IBM 開始將CMP 技術運用于4M DRAM 的制造中,而自從1991 IBMCMP 成功應用到64M DRAM 的生產中以后,CMP 技術在世界各地迅速發展起來。區別于傳統的純機械或純化學的拋光方法,CMP 通過化學的和機械的綜合作用,從而避免了由單純機械拋光造成的表面損傷和由單純化學拋光易造成的拋光速度慢、表面平整度和拋光一致性差等缺點。它利用了磨損中的“軟磨硬”原理,即用較軟的材料來進行拋光以實現高質量的表面拋光。在一定壓力及拋光漿料存在下,被拋光工件相對于拋光墊作相對運動,借助于納米粒子的研磨作用與氧化劑的腐蝕作用之間的有機結合,在被研磨的工件表面形成光潔表面。CMP 技術最廣泛的應用是在集成電路(IC)和超大規模集成電路中(ULSI)對基體材料硅晶片的拋光。而國際上普遍認為,器件特征尺寸在0.35 μm 以下時,必須進行全局平面化以保證光刻影像傳遞的精確度和分辨率,而CMP 是目前幾乎唯一的可以提供全局平面化的技術,其應用范圍正日益擴大。

        目前,CMP技術已經發展成以化學機械拋光機為主體,集在線檢測、終點檢測、清洗等技術于一體的CMP技術,是集成電路向微細化、多層化、薄型化、平坦化工藝發展的產物。同時也是晶圓由200mm300mm乃至更大直徑過渡、提高生產率、降低制造成本、襯底全局平坦化所必需的工藝技術。

        在金屬鎢(W)的CMP工藝中,使用的典型拋光漿料是硅膠或懸浮Al2O3粒子的混合物,溶液的pH值在5.06.5之間。金屬的CMP大多選用酸性條件,主要是為了保持較高的材料去除速率。一般來說,硅膠粉末比Al2O3要軟,對硅片表面不太可能產生擦傷,因而使用更為普遍。WCMP使用的拋光漿料的化學成分是過氧化氫(H2O2)和硅膠或Al2O3研磨顆粒的混合物。拋光過程中,H2O2分解為水和溶于水的O2,O2W反應生成氧化鎢(WO3)。WO3W軟,由此就可以將W去除了。

四、CMP過程中的主要問題

        拋光漿料研究的最終目的是找到化學作用和機械作用的最佳結合,以致能獲得去除速率高、平面度好、膜厚均勻性好及選擇性高的拋光漿料。此外還要考慮易清洗性、對設備的腐蝕性、廢料的處理費用及安全性等問題。

        降低缺陷是CMP工藝,乃至整個芯片制造的永恒話題。半導體業界對于CMP工藝也有相應的“潛規則”,即CMP工藝后的器件材料損耗要小于整個器件厚度的10%。也就是說slurry不僅要使材料被有效去除,還要能夠精準的控制去除速率和最終效果。隨著器件特征尺寸的不斷縮小,缺陷對于工藝控制和最終良率的影響愈發的明顯,致命缺陷的大小至少要求小于器件尺寸的50%。

五、CMP的發展前景

        以氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶第三代半導體材料近年來發展十分迅速,氮化鎵(GaN)基半導體材料具有發光效率高、良好的導熱率、耐高溫、抗輻射、高強度和高硬度等特性,可制成高效藍、綠光發光二極管和激光二級管(又稱激光器)。但氮化鎵(GaN)材料本身不能生長出單晶,必須生長在與其結構相類似的襯底材料上。目前國際上公認的襯底材料為藍寶石晶體。隨著氮化鎵(GaN)材料市場需求的增長,對藍寶石的需求也會隨之高速增長。

 

 

CMP拋光液

 
CMP拋光液
?