半导体CMP工艺介绍.课件.ppt

1、S MI CIntroduction of CMP化学机械抛光制程简介化学机械抛光制程简介（Chemical Mechanical Polishing-CMP)S MI C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 CMP Mirra-Mesa 机台简况Introduction of CMPS MI CCMP 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（W CMP）试行。 1992: CMP 开始出现在 SIA Roadmap。 1994: 台湾的半导体生产厂第一次开

2、始将化学机械研磨应用于生产中。 1998: IBM 首次使用铜制程CMP。Introduction of CMPS MI CCMP制程的全貌简介制程的全貌简介Introduction of CMPS MI CCMP 机台的基本构造 (I)压力pressure平台Platform研磨垫Pad芯片Wafer研磨液SlurryWafer carrier终点探测 EndpointDetection钻石整理器Diamond ConditionerIntroduction of CMPS MI CCMP 机台的基本构造(II)Introduction of CMPS MI CMirra 机台概貌Silic

3、on waferDiamond diskIntroduction of CMPS MI CTeres 机台概貌Introduction of CMPS MI C 线性平坦化技术Introduction of CMPS MI CIntroduction of CMPTeres 研磨均匀性(Non-uniformity) 的气流控制法 S MI C 研磨皮带上的气孔设计(Air-belt design)Introduction of CMPS MI CF-Rex200 机台概貌Introduction of CMPS MI C终点探测图 （STI CMP endpoint profile）光学摩擦

4、电流S MI C为什么要做化学机械抛光为什么要做化学机械抛光（Why CMP）?Introduction of CMPS MI C没有平坦化之前芯片的表面形态Introduction of CMPIsolation0.4 um0.5 umIMDM2M2M1M11.2 um0.7 um0.3 um1.0 um2.2 umS MI C没有平坦化情况下的PHOTOIntroduction of CMPS MI C各种不同的平坦化状况 Introduction of CMP没有平坦化之前平滑化局部平坦化全面平坦化S MI C平坦化程度比较CMPResist Etch BackBPSG ReflowSO

5、GSACVD,Dep/EtchHDP, ECR0.1110100100010000(Gap fill)LocalGlobal平坦化 范围 (微米)Introduction of CMPS MI CStep Height（高低落差） & Local Planarity（局部平坦化过程）高低落差越来越小H0=step height局部平坦化：高低落差消失Introduction of CMPS MI C初始形貌对平坦化的影响ABCACBRRTimeIntroduction of CMPS MI CCMP 制程的应用制程的应用S MI CCMP 制程的应用 前段制程中的应用 Shallow tren

6、ch isolation (STI-CMP) 后段制程中的应用 Pre-meal dielectric planarization (ILD-CMP) Inter-metal dielectric planarization (IMD-CMP) Contact/Via formation (W-CMP) Dual Damascene (Cu-CMP) 另外还有Poly-CMP, RGPO-CMP等。Introduction of CMPS MI CSTI & Oxide CMP什么是STI CMP?所谓STI（Shallow Trench Isolation），即浅沟槽隔离技术，它的作用是用氧

7、化层来隔开各个门电路（GATE），使各门电路之间互不导通。STI CMP主要就是将wafer表面的氧化层磨平，最后停在SIN上面。STI CMP的前一站是CVD区，后一站是WET区。 STISTIOxideSINSTISTISINCMP 前CMP 后S MI C所谓Oxide CMP包括ILD(Inter-level Dielectric)CMP和IMD (Inter-metal Dielectric)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。Oxide CMP 的前一站是长Oxide的CVD区，后一站是Photo区。 什么是Oxide CMP? CM

8、P 前CMP 后STI & Oxide CMPS MI CW（钨） 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得以叠长。功能： 长 W 膜 以便导电用。S MI CPOLY CMP流程简介-2aFOXFOXCellP2P2P2FOXFOXCellP2P2P2FOXPOLY DEPOPOLY CMP + OVER POLISH功能：长POLY膜以填之。功能：刨平POLY 膜。END POINT（

9、终点）探测界限+OVER POLISH（多出研磨）残留的POLY膜。 S MI CROUGH POLY CMP 流程-2bCELL ARRAY CROSS SECTIONFOXFOXCellP2P2P2CELL ARRAY CROSS SECTIONFOXFOXCellP2P2P2PR COATING 功能：PR 填入糟沟以保护糟沟内的ROUGH POLY。ROUGH POLY CMP 功能：刨平PR和ROUGH POLY 膜。END POINT（终点）探测界限+OVER POLISH（多出研磨）残留的ROUGH POLY膜。 S MI CCMP耗材耗材Introduction of CMPS

10、 MI CCMP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（condition disk） 钻石盘状物，整理研磨垫。Introduction of CMPS MI CCMP耗材的影响随着CMP耗材（consumable）使用寿命（life time）的增加，CMP的研磨速率（removal rate），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。ROUTINE MONITOR 是用来查看机台和制程的数字是否稳定，是否在管

11、制的范围之内的一种方法。S MI CIntroduction of CMPCMP Mirra-Mesa 机台简况机台简况S MI CIntroduction of CMPFABSMIRRAMESAMirra-Mesa 机台外观机台外观-侧面侧面SMIF PODWET ROBOTS MI CIntroduction of CMP Mirra(Mesa)Top viewMirra-Mesa 机台外观机台外观-俯视图俯视图S MI CIntroduction of CMPMirra-Mesa 机台机台-运作过程简称运作过程简称12345612: FABS 的机器手从cassette 中拿出未加工的W

12、AFER并送到WAFER的暂放台。23: 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。34: HEAD 将WAFER拿住。CROSS 旋转把HEAD转到PLATEN 1到2到3如此这般顺序般研磨。43: 研磨完毕后，WAFER 将在LOADCUP御载。35: Mirra 的机器手接着把WAFER从LOADCUP 中拿出并送到MESA清洗。56: 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。61: 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。HEADS MI CEnd