beat365正版唯一官网半导体建建行业专题陈诉：CMP“幼而美”国产设备振兴

　　beat365正版唯一官网CMP（Chemical Mechanical Polishing，化学呆板扔光）是半导体创造经过中 达成晶圆全部平均平缓化的症结工艺。晶圆创造经过重要蕴涵7个彼此独立的工艺流程：光刻、刻蚀、薄膜孕育、扩散、离子注入、化学呆板扔光、金属化。行为晶圆创造的症结造程工艺之一，化学呆板扔光指的是，通过化学腐化与呆板研磨的协同配合效率，达成晶圆轮廓多余资料的高效去除与全部纳米级平缓化。

　　因为目前集成电道元件广泛采用多层立体布线，集成电道创造的前道工艺合头需求 实行多层轮回。正在此经过中，需求通过CMP工艺达成晶圆轮廓的平缓化。CMP即是能有用令集成电道的“楼层”到达纳米级全部平整的一种合 键工艺身手。集成电道创造是CMP修立利用的最重要的场景，反复操纵正在薄膜重 积后、光刻合头之前；除了集成电道创造，CMP修立还可能用于硅片创造合头与 优秀封装范畴。

　　现时CMP依然遍及利用于集成电道创造中对各样资料的高精度扔光。遵照被扔光 的资料类型，整个可能划分为三大类：（1）衬底：重如果硅资料。（2）金属： 蕴涵Al/Cu金属互联层，Ta/Ti/TiN/TiNxCy等扩散障碍层、粘附层。（3）介质：包 括SiO2/BPSG/PSG等ILD（层间介质），SI3N4/SiOxNy等钝化层、障碍层。

　　此中，正在90~65nm节点，浅槽断绝(STI)、绝缘膜、铜互连层是CMP的重要研磨对 象；进入28nm后，逻辑器件的晶体管中引入高k金属栅组织（HKMG），于是同时 引入了两个症结的平缓化利用，蕴涵虚拟栅启齿CMP工艺和代替金属栅CMP工艺。

　　STI-CMP：浅槽断绝（STI）氧化硅扔光。正在硅晶片上以响应性蚀刻造成沟槽后， 以化学气相重积的办法重积二氧化硅膜再将未被埋入凹沟内的二氧化硅膜以CMP 去除。如许就可能用二氧化硅膜行为元器件间的断绝，再用扔光速率相对舒缓的膜 (比如氮化硅膜)来行为CMP的研磨休止层(Stoplayer)。

　　ILD-CMP/IMD-CMP：ILD-CMP指的是层间介质（ILD）扔光，IMD-CMP指的是 金属内介电层（IMD）扔光，重要扔光对象是二氧化硅介质。行为芯片组件断绝介 质，集成电道创造工艺中最常纵的介电层是相容性最佳的二氧化硅介质。二氧化硅膜的CMP大家利用正在层间绝缘膜及组件间的断绝(Isolation)平缓化工艺中。

　　ILD-CMP（层间绝缘膜平缓化）将导线或组件上的层间绝缘膜平缓化，以便杀青 接下来的多层互连线工艺，是杀青多层互连接构的根蒂，为大界限集成电道工艺中 不行短缺的方法。IMD-CMP（元器件间断绝膜平缓化）宗旨正在于造成平缓的氧化 硅膜(组件与组件间的绝缘断绝层)。正在层间绝缘膜的平缓化方面CMP对象另有等离 子体巩固化学气相重积(PECvD)膜、硼磷硅玻璃膜(BPSG)及热氧化膜(Thermalox 记e)等。

　　Cu-CMP：跟着集成电道层数的一向扩大，正在铜布线工艺中新的层间导线连合办法 “接触窗”获得遍及利用，这种工艺要领也称为“大马士革工艺”（Damascene）。 大马士革工艺，最初正在两层电道间的绝缘膜进取行刻蚀，使之造成凹槽（接触窗）， 再实行连合金属导线膜的重积，末了以CMP办法去除金属膜。正在双大马士革中， Cu-CMP用来扔光通孔和双大马士革组织中细铜线，双大马士革工艺经过顶用介质 行为休止层。

　　CMP的功课道理：扔秃顶将晶圆待扔光面压抵正在毛糙的扔光垫上，借帮扔光液腐 蚀、微粒摩擦、扔光垫摩擦等耦合达玉成部平缓化。扔光盘带头扔光垫扭转，通过 优秀的止境检测体例对差别材质和厚度的磨蹭达成3~10nm折柳率的及时厚度衡量防卫过扔，更为症结的身手正在于可全个别区施压的扔秃顶，其正在限度的空间内对 晶圆全部的多个环状区域达成超紧密可控单向加压，从而可能呼应扔光盘衡量的膜 厚数据调剂压力担任晶圆扔光描写，使晶圆扔光后轮廓到达超高平整度，且轮廓毛糙度幼于0.5nm，相当于头发丝的十万分之一； 其它造程线宽一向缩减和扔光液配方愈加繁杂均导致扔光后更难以洗涤，且对 CMP洗涤后的颗粒物刷领央求呈指数级低落，因而需求CMP修立中洗涤单位具备 重大的干净本领来达成更彻底的干净成果，同时还不会粉碎晶圆轮廓极限化微缩的 特质组织。

　　对CMP修立而言，其家当化症结目标蕴涵工艺相仿性、临蓐服从、牢靠性等，CMP 修立的重要检测参数蕴涵研磨速度、研磨平均性和缺陷量。

　　（2）研磨平均性：分为片内平均性和片间平均性。片内平均性指某个晶圆研磨速 率的轨范方差和研磨速度的比值；片间平均性用于透露差别圆片正在统一条款下研磨 速度的相仿性。

　　（3）缺陷量。看待CMP而言，重要的缺陷蕴涵轮廓颗粒、轮廓刮伤、研磨剂残留， 这些将直接影响产物的造品率。

　　为了达成这些本能，CMP修立需求利用到纳米级扔光、洗涤、膜厚正在线检测、智 能化担任等多项症结优秀身手。CMP产物的身手水准也重要取决于修立正在扔光、 洗涤、工艺智能担任等中央模块/身手的显露。整个可能分为两大类：

　　（1）扔光身手。可能达成纳米标准的“扔的光”、晶圆全部“扔得平”，这是CMP 工艺的根蒂beat365正版唯一官网。

　　（2）辅帮、担任身手。整个蕴涵纳米级的洗涤、膜厚正在线检测、智能化担任等， 这些是达成CMP工艺的首要的辅帮身手，效率正在于晶圆扔光举动“停得准”、以及扔光后纳米颗粒“洗得净”。每每CMP工艺后的器件资料损耗要幼于一切器件厚度的10%，也即是说CMP不单要使资料被有用去除， 还要可能精准的担任去除速度和最终成果。跟着器件特质尺寸的一向缩幼，缺陷对 于工艺担任和最终良率的影响愈发彰着，低落缺陷是CMP工艺的中央身手央求， 于是现时对CMP修立而言，除了扔光身手，蕴涵洗涤身手、工艺担任身手等辅帮 类身手的首要性愈发卓绝。

　　扔光：正在CMP繁荣经过中，CMP渐渐由最初的单头、双头向着多头目标繁荣；扔光组织方面，目前处于轨道扔光要领、线性扔光、与扭转组织扔光并存形态，此中扭转组织霸占主流；正在扔光驱解缆手方面设备，跟着客户央求普及以及电机身手繁荣，直驱式已成为高端机型的重要驱动办法。

　　止境检测：要检测扔光的止境，需求及时获得被扔光薄膜的厚度。CMP的止境判 断即是推断何时抵达CMP的理念止境，从而休止扔光。正在组织微细化、高精度要 求下，晶圆膜厚央求精度担任正在0.1nm，些许差错都将对薄膜的力学性子、光学性 质以及器件的打算以及牢靠性出现首要影响。切实的止境监测是产物造品率、加工服从的症结身手，直接影响到本钱与市集竞赛力。

　　电极电流止境检测：其道理是当晶圆扔光到达止境时，扔光垫所接触的薄膜资料不 同，导致晶圆与扔光垫之间的摩擦系数爆发现显蜕变，从而使扔秃顶或扔光机台回 转扭力蜕变，其驱动电机的电流也随之蜕变，因而由装置正在扔秃顶和扔光机台上的 传感器监测驱动电机电流蜕变可推知是否抵达扔光止境。

　　CMP后洗涤：正在CMP工艺中，扔光液中的磨料和被去除的资料行为表来颗粒（含 金属颗粒）是CMP工艺的污染源，CMP后洗涤的重心是去除扔光经过中带有的所 有污染物。现时CMP机台依然把CMP工艺和洗涤工艺集成正在一同，况且央求干进 干出，包括洗涤与干燥两大合头。跟着晶圆轮廓明净度央求的一向普及，CMP清 洗工艺的主题已渐渐由洗涤液、兆声波等变动到晶圆干燥上。

　　第1代CMP后洗涤身手：该阶段半导体CMP修立市集发端造成，市集重要修立蕴涵 Strasbaugh公司的6DS-SP以及Westech的PEC372/372M。这期间的CMP后洗涤， 重如果扔光后再将整盒的晶圆提出来就寝到孑立的洗涤机实行洗涤，采用多槽浸泡 化学湿法洗涤身手，重要利用于较大线宽的集成电道，况且洗涤时辰较长，平常都 会大于1个幼时，与CMP毗连本能也较差。

　　第2代CMP后洗涤身手：代表修立是利用资料的合用于8英寸的Mirra。Mirra采用正在 线洗涤体例，洗涤仍旧是正在孑立的洗涤机台中杀青，然而Mirra和洗涤机台之间有 呆板接口和传输装备，CMP行为主机直接更改洗涤机台菜单，来杀青CMP后洗涤。 Mirra后洗涤体例采用两次双面刷洗+扭转甩干，同事可能凭据需求采用超声或者兆 声洗涤。但因为CMP修立和后洗涤修立都是孑立的机台，占地奇策较大，正在21世 纪后渐渐被集成洗涤身手所庖代。

　　第3代CMP后洗涤身手：分立式CMP的后洗涤机台被集成进CMP修立机台内。代表修立是利用资料的Mirra-mesa，此中笔直洗涤是明显特质，也是利用资料的中央身手之一。一方面可能得回越发现净的晶圆，另一方面大幅度淘汰CMP修立的组织空间。同期日本荏原公司推出的OPTO 222机台采用水准的后洗涤身手，彰着处于劣势职位。Mirra-mesa后洗涤采用1次单片笔直兆声洗涤+2次笔直双面洗涤+ 笔直扭转甩干。

　　第4代CMP后洗涤身手：2006年后利用资料推出300mm的Reflexion LK机台，面向 铜扔光，正在市集上得回优越响应。除了同样采用笔直兆声洗涤+笔直双面刷洗表， 将干燥身手由之前的扭转甩干转换为IPA-WAPOR干燥法，使得CMP洗涤后的硅片缺陷比古板要领获得了明显改进，同时干燥服从获得大幅 晋升。

　　第5年CMP后洗涤身手：重如果正在从来机台上，对中央身手模块实行工艺订正，以 合用更幼身手节点的需求；别的通过更多的扔光、洗涤模块来达成更高产能。利用 资料的Reflexion LK机台最初是针对130nm-65nm的量产修立，依然将身手延迟至 20nm以下；而最新一代产物Reflexion LK Prime机台，可能用于FinFET和三维 NAND，除了与Reflexion LK相同采用最优秀的扔光、洗涤和工艺担任身手，别的装备了4个研磨垫、6个研磨头、8个干净室以及两个干燥室，临蓐服从是Reflexion LK的两倍。

　　凭据华海清科招股书，环球高端CMP厂商重要有美国利用资料、日本荏原和华海清科，几家公司CMP产物功课的中央思理无别设备，重如果正在扔光盘驱动办法、止境检测方式、后洗涤干燥身手等身手计划有所差别。总体上，华海清科的CMP产物正在已量产的造程（14nm以上）以及工艺利用中与海表龙头公司的重要产物不存正在 身手差异，正在客户端产线上已可能达成对行业龙头公司产物的代替。但正在14nm以 下设备，对CMP修立的特定模块/身手水准的央求越发厉苛，重要蕴涵洗涤与干燥身手、 工艺担任等辅帮身手方面，华海清科产物与海表龙头公司仍旧存正在必然差异。

　　CMP后统治的颗粒残留：华海清科采用的竖直扭转身手系统（VRM）的工艺潜能尚正在晋升，正在14nm以上造程工艺中与海表龙头均能到达特定颗粒物不高出50个的方向，但正在14nm以下造程工艺中海表龙头公司产物内最优秀的CMP后统治单位的 颗粒残留也许已达更低。

　　金属离子含量：28-14nm造程中，华海清科产物与海表龙头公司产物均能到达金属离子含量不高出没平方厘米含有的（特定）原子数为5*10^10个的方向，但正在更优秀造程工艺中海表龙头公司产物的该身手显露也许更高。

　　CMP修立繁荣靠山：进入ULSI时期之后，集成电道创造向笔直空间繁荣，促使多层金属互联身手的映现。而多层金属互联身手的映现导致IC创造经过中不行避免的正在层与层之间出现台阶，层数越多轮廓滚动越彰着。彰着的轮廓滚动重要有两方面的影响：（1）金属布线中容易导致断道、短道。（2）光刻时对线宽失落担任。 各样半导体资料的高度平缓化成为工艺繁荣的瓶颈，进而各样平缓化身手利用而生， 蕴涵回蚀法（Etch back）、薄膜重积法、旋涂玻璃法（SOG）、化学呆板扔光（CMP） 等，此中除了CMP以表，其他要领都用来达成局限平缓化。

　　（2）成熟期：1988~2000年，CMP工艺渐渐生长为IC创造经过中必不行少的症结 工艺身手。两个症结节点，一个是从0.35~0.25μm首先，CMP身手成为独一可实 现全部平缓化的IC症结身手；另一个从0.18~0.13μm首先，铜正式庖代铝成为主流 导线资料，CMP成为铜互联身手必不行少的工艺造程。

　　（3）范畴延迟期：2000年从此，跟着IC创造身手节点的一向延迟，CMP工艺渐渐 朝着低K介质、低压力、铜互连技beat365正版唯一官网、钌障碍层的方面繁荣。

　　CMP修立正在较长时辰内不存正在身手迭代周期。现时CMP仍是集成电道创造大临蓐 上产出服从最高、身手最成熟、利用最遍及的纳米级全部平缓化轮廓创造修立，其 拥有卓绝的资料平均去除与纳米缺陷高效担任上风。同时，CMP修立正在较长时辰 内不存正在身手迭代周期，利用于28nm和14nm的CMP修立没有明显的差别，仅是 特定模块身手的优化。CMP工艺由14nm接续向7nm、5nm、3nm优秀造程促进过 程中，CMP身手将一向趋于扔秃顶分区邃密化、工艺担任智能化、洗涤单位多能 量组合化目标繁荣，扔光驱解缆手、压力调控身手、智能担任体例、止境识别检测 体例以及智能洗涤模块等症结模块身手将是CMP身手异日繁荣的首要冲破目标。

　　从环球化学呆板扔光专利积年申请量来看，2000-2005年是CMP专利申请顶峰期， 对应的是Cu互联身手繁荣进一步增进CMP遍及利用的期间，2009-2013年属于专利申请低谷期，重如果行业需求正在这期间处于下滑阶段。2013年从此CMP专利申请量舒缓增加，而CMP后洗涤专利申请量却处于下滑形态。环球CMP专利申请量总体仍旧稳定，反响了现时环球CMP身手未存正在强大身手维新。beat365正版唯一官网半导体建建行业专题陈诉：CMP“幼而美”国产设备振兴