半導(dǎo)體CMP工藝介紹

1、S MI C精選課件Introduction of CMP化學(xué)機械拋光制程簡介化學(xué)機械拋光制程簡介（Chemical Mechanical Polishing-CMP)S MI C精選課件目錄 CMP的發(fā)展史 CMP簡介 為什么要有CMP制程 CMP的應(yīng)用 CMP的耗材 CMP Mirra-Mesa 機臺簡況Introduction of CMPS MI C精選課件CMP 發(fā)展史 1983: CMP制程由IBM發(fā)明。 1986: 氧化硅CMP （Oxide-CMP）開始試行。 1988: 金屬鎢CMP（W CMP）試行。 1992: CMP 開始出現(xiàn)在 SIA Roadmap。 1994: 臺

2、灣的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠第一次開始將化學(xué)機械研磨應(yīng)用于生產(chǎn)中。 1998: IBM 首次使用銅制程CMP。Introduction of CMPS MI C精選課件CMP制程的全貌簡介制程的全貌簡介Introduction of CMPS MI C精選課件CMP 機臺的基本構(gòu)造 (I)壓力pressure平臺Platform研磨墊Pad芯片Wafer研磨液SlurryWafer carrier終點探測 EndpointDetection鉆石整理器Diamond ConditionerIntroduction of CMPS MI C精選課件CMP 機臺的基本構(gòu)造(II)Introduction of

3、CMPS MI C精選課件Mirra 機臺概貌Silicon waferDiamond diskIntroduction of CMPS MI C精選課件Teres 機臺概貌Introduction of CMPS MI C精選課件 線性平坦化技術(shù)Introduction of CMPS MI C精選課件Introduction of CMPTeres 研磨均勻性(Non-uniformity) 的氣流控制法 S MI C精選課件 研磨皮帶上的氣孔設(shè)計(Air-belt design)Introduction of CMPS MI C精選課件F-Rex200 機臺概貌Introduction

4、of CMPS MI C精選課件終點探測圖 （STI CMP endpoint profile）光學(xué)摩擦電流S MI C精選課件為什么要做化學(xué)機械拋光為什么要做化學(xué)機械拋光（Why CMP）?Introduction of CMPS MI C精選課件沒有平坦化之前芯片的表面形態(tài)Introduction of CMPIsolation0.4 um0.5 umIMDM2M2M1M11.2 um0.7 um0.3 um1.0 um2.2 umS MI C精選課件沒有平坦化情況下的PHOTOIntroduction of CMPS MI C精選課件各種不同的平坦化狀況 Introduction of

5、CMP沒有平坦化之前平滑化局部平坦化全面平坦化S MI C精選課件平坦化程度比較CMPResist Etch BackBPSG ReflowSOGSACVD,Dep/EtchHDP, ECR0.1110100100010000(Gap fill)LocalGlobal平坦化 范圍 (微米)Introduction of CMPS MI C精選課件Step Height（高低落差） & Local Planarity（局部平坦化過程）高低落差越來越小H0=step height局部平坦化：高低落差消失Introduction of CMPS MI C精選課件初始形貌對平坦化的影響ABCA

6、CBRRTimeIntroduction of CMPS MI C精選課件CMP 制程的應(yīng)用制程的應(yīng)用S MI C精選課件CMP 制程的應(yīng)用 前段制程中的應(yīng)用 Shallow trench isolation (STI-CMP) 后段制程中的應(yīng)用 Pre-meal dielectric planarization (ILD-CMP) Inter-metal dielectric planarization (IMD-CMP) Contact/Via formation (W-CMP) Dual Damascene (Cu-CMP) 另外還有Poly-CMP, RGPO-CMP等。Introdu

7、ction of CMPS MI C精選課件STI & Oxide CMP什么是STI CMP?所謂STI（Shallow Trench Isolation），即淺溝槽隔離技術(shù)，它的作用是用氧化層來隔開各個門電路（GATE），使各門電路之間互不導(dǎo)通。STI CMP主要就是將wafer表面的氧化層磨平，最后停在SIN上面。STI CMP的前一站是CVD區(qū)，后一站是WET區(qū)。 STISTIOxideSINSTISTISINCMP 前CMP 后S MI C精選課件所謂Oxide CMP包括ILD(Inter-level Dielectric)CMP和IMD (Inter-metal Diel

8、ectric)CMP,它主要是磨氧化硅(Oxide),將Oxide磨到一定的厚度，從而達到平坦化。Oxide CMP 的前一站是長Oxide的CVD區(qū)，后一站是Photo區(qū)。 什么是Oxide CMP? CMP 前CMP 后STI & Oxide CMPS MI C精選課件W（鎢） CMP流程-1Ti/TiN PVD WCMPTi/TiNN-WellP-WellP+P+N+N+W CVDTi/TiNN-WellP-WellP+P+N+N+WW CVD 功能：Glue（粘合） and barrier （阻隔）layer。以便W得以疊長。功能： 長 W 膜 以便導(dǎo)電用。S MI C精選課件

9、POLY CMP流程簡介-2aFOXFOXCellP2P2P2FOXFOXCellP2P2P2FOXPOLY DEPOPOLY CMP + OVER POLISH功能：長POLY膜以填之。功能：刨平POLY 膜。END POINT（終點）探測界限+OVER POLISH（多出研磨）殘留的POLY膜。 S MI C精選課件ROUGH POLY CMP 流程-2bCELL ARRAY CROSS SECTIONFOXFOXCellP2P2P2CELL ARRAY CROSS SECTIONFOXFOXCellP2P2P2PR COATING 功能：PR 填入糟溝以保護糟溝內(nèi)的ROUGH POLY。

10、ROUGH POLY CMP 功能：刨平PR和ROUGH POLY 膜。END POINT（終點）探測界限+OVER POLISH（多出研磨）殘留的ROUGH POLY膜。 S MI C精選課件CMP耗材耗材Introduction of CMPS MI C精選課件CMP耗材的種類 研磨液（slurry） 研磨時添加的液體狀物體， 顆粒大小跟研磨后的刮傷等缺陷有關(guān)。 研磨墊（pad） 研磨時墊在晶片下面的片狀物。它的使用壽命會影響研磨速率等。 研磨墊整理器（condition disk） 鉆石盤狀物，整理研磨墊。Introduction of CMPS MI C精選課件CMP耗材的影響隨著CM

11、P耗材（consumable）使用壽命（life time）的增加，CMP的研磨速率（removal rate），研磨均勻度（Nu%）等參數(shù)都會發(fā)生變化。故要求定時做機臺的MONITOR。ROUTINE MONITOR 是用來查看機臺和制程的數(shù)字是否穩(wěn)定，是否在管制的范圍之內(nèi)的一種方法。S MI C精選課件Introduction of CMPCMP Mirra-Mesa 機臺簡況機臺簡況S MI C精選課件Introduction of CMPFABSMIRRAMESAMirra-Mesa 機臺外觀機臺外觀-側(cè)面?zhèn)让鍿MIF PODWET ROBOTS MI C精選課件Introductio

12、n of CMP Mirra(Mesa)Top viewMirra-Mesa 機臺外觀機臺外觀-俯視圖俯視圖S MI C精選課件Introduction of CMPMirra-Mesa 機臺機臺-運作過程簡稱運作過程簡稱12345612: FABS 的機器手從cassette 中拿出未加工的WAFER并送到WAFER的暫放臺。23: Mirra 的機器手接著把WAFER從暫放臺運送到LOADCUP。LOADCUP 是WAFER 上載與卸載的地方。34: HEAD 將WAFER拿住。CROSS 旋轉(zhuǎn)把HEAD轉(zhuǎn)到PLATEN 1到2到3如此這般順序般研磨。43: 研磨完畢后，WAFER 將在LOADCUP御載。3