化学机械抛光（CMP）是什么？主要应用在哪？

2021-11-24 17:21:38 作者：C-C 6358

1 CMP是什么

CMP英文全称是Chemical Mechanical Polishing，中文是化学机械抛光，也被称作Chemical Mechanical Planarization（化学机械平坦化），是一种制作半导体器件制造工艺，主要作用是对正在加工中的晶圆进行平坦化处理。融合化学作用与机械研磨技术去除被抛光工件表面微米或纳米级的材料，达到表面高度平坦化。

2 CMP工作原理

CMP与光刻、刻蚀、离子注入、PVD / CVD一起被称为集成电路制造核心的五大关键技术。CMP工作原理是在一定压力下和抛光液的作用下，使得被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，加之有机结合纳米磨料的机械研磨作用和氧化剂、催化剂等的化学腐蚀作用，使得物质能够从晶圆表面渐渐一层一层的剥离，让被抛光的晶圆表面实现高度平坦化、低表面粗糙度与低缺陷。

CMP

3 CMP抛光工艺考量标准

平均磨除率：在标准时间内磨除材料的厚度

平整度和均匀性：平整度是硅片某处CMP前后台阶高度之差占CMP前台阶高度的百分比

选择比：对不同材料的抛光速率是影响硅片平整度和均匀性的重要因素

表面缺陷：CMP工艺造成的硅片表面缺陷包括擦伤或沟、凹陷、侵蚀、残留物和颗粒污染

设备过程变量：作用压力、硅片和抛光垫之间的相对速度、抛光时间、抛光区域温度及分布

硅片：表面应力分布、图案密度、形状

抛光液：化学性质、成分、ph 值;粘度、温度、供给速度﹔磨粒尺寸、分布、硬度、形状

抛光垫：材料、密度、物理化学性质﹔硬度、厚度、粗糙度;结构、表面形态、稳定性

4 CMP的应用

CMP主要用在单晶硅片制造和前道制程环节:

(1)在单晶硅片制造环节，单晶硅片通过化学腐蚀减薄后粗糙度10-20μm，在进行粗抛光、细抛光、精抛光后可将粗糙度控制在几十个nm以内，一般单晶硅片需要2次以上的抛光。

(2)在前道制程中，从加工过程中最初的STI (浅沟槽隔离层)到ILD (层间介质)再到Metal 金属互连层再到后期的TM (顶层金属)都需要用到。而根据抛光薄膜种类的不同，前道CMP可以分为金属薄膜CMP、氧化硅薄膜CMP。金属薄膜CMP主要包括钨&钨阻挡层CMP、铜&铜阻挡层CMP、铝CMP等;氧化硅薄膜CMP主要包括层间介质层CMP、浅沟槽CMP等。

在集成电路制造过程中，晶圆需要经过清洗、热氧化、光刻、刻蚀等多个流程，CMP技术就在“化学机械研磨”这一流程中得到应用，根据不同工艺制程和技术节点的要求，每一片晶圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道的CMP抛光工艺步骤。

CMP工作原理