半导体CMP工艺介绍.ppt

1、Introduction 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) 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 CMP CMP 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始将化学机械研磨 应用于

2、生产中。 1998: IBM 首次使用铜制程CMP。 Introduction of CMP CMP制程的全貌简介制程的全貌简介 Introduction of CMP CMP 机台的基本构造 (I) 压力pressure 平台Platform 研磨垫Pad 芯片Wafer 研磨液Slurry Wafer carrier 终点探测 Endpoint Detection 钻石整理器 Diamond Conditioner Introduction of CMP CMP 机台的基本构造(II) Introduction of CMP Mirra 机台概貌 Silicon wafer Diamond

3、 disk Introduction of CMP Teres 机台概貌 Introduction of CMP 线性平坦化技术 Introduction of CMP Introduction of CMP Teres 研磨均匀性(Non-uniformity) 的气流控制法 研磨皮带上的气孔设计(Air-belt design) Introduction of CMP F-Rex200 机台概貌 Introduction of CMP 终点探测图 （STI CMP endpoint profile） 光学 摩擦电流 为什么要做化学机械抛光为什么要做化学机械抛光 （Why CMP）? Int

4、roduction of CMP 没有平坦化之前芯片的表面形态 Introduction of CMP Isolation 0.4 um 0.5 um IMD M2 M2 M1 M1 1.2 um 0.7 um 0.3 um 1.0 um 2.2 um 没有平坦化情况下的PHOTO Introduction of CMP 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 平坦化程度比较 CMP Resist Etch Back BPSG Reflow SOG SACVD,Dep/Etch HDP, ECR 0.1 1 10 100

5、1000 10000 (Gap fill) Local Global 平坦化 范围 (微米) Introduction of CMP Step 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 CMP 初始形貌对平坦化的影响 A B C A C B RR Time Introduction of CMP CMP 制程的应用制程的应用 CMP 制程的应用 前段制程中的应用 Shallow trench isolation (STI-CMP) 后段制程中的应用

6、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 CMP STI & Oxide CMP 什么是STI CMP? 所谓STI（Shallow Trench Isolation），即浅沟槽隔离技术，它的 作用是用氧化层来隔开各个门电路（GATE），使各门电路之间 互不导通。STI

7、 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。 STI STI Oxide SIN STI STI SIN CMP 前 CMP 后 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? CMP 前 CMP 后 STI & Oxide CM

8、P W（钨） CMP流程-1 Ti/TiN PVD WCMP Ti/TiN N-Well P-Well P+ P+ N+ N+ W CVD Ti/TiN N-Well P-Well P+ P+ N+ N+ W W 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。 POLY CMP流程简介-2a FOX FOX Cell P2 P2 P2 FOX FOX Cell P2 P2 P2 FOX POLY DEPO POLY CMP + OVER POLISH 功能：长POLY膜以填之。 功能：刨平POLY 膜。END

9、POINT（终点）探测界限 +OVER POLISH（多出研磨） 残留的POLY膜。 ROUGH POLY CMP 流程-2b CELL ARRAY CROSS SECTION FOX FOX Cell P2 P2 P2 CELL ARRAY CROSS SECTION FOX FO X Cell P2 P2 P2 PR 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。 CMP耗材耗材 In

10、troduction of CMP CMP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 CMP CMP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

11、程的数字是否稳定， 是否在管制的范围之内的一种方法。 Introduction of CMP CMP Mirra-Mesa 机台简况机台简况 Introduction of CMP FABS MIRRA MESA Mirra-Mesa 机台外观机台外观-侧面侧面 SMIF POD WET ROBOT Introduction of CMP Mirra (Mesa) Top view Mirra-Mesa 机台外观机台外观-俯视图俯视图 Introduction of CMP Mirra-Mesa 机台机台-运作过程简称运作过程简称 1 2 3 4 5 6 12: FABS 的机器手从casse

12、tte 中拿出未 加工的WAFER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。 HEAD End