化学机械平坦化

化学机械抛光 (CMP) 或平面化是结合化学力和机械力使表面光滑的过程。 它可以被认为是化学蚀刻和自由研磨抛光的混合体。

该工艺使用磨蚀性和腐蚀性化学浆料（通常是胶体）与抛光垫和固定环一起使用，通常直径大于晶圆。 抛光垫和晶圆通过动态抛光头压在一起，并通过塑料固定环固定到位。 动态抛光头以不同的旋转轴旋转（即不同心）。 这会去除材料并趋于平整任何不规则的形貌，从而使晶圆平坦或平坦。 这可能是设置晶圆以形成附加电路元件所必需的。 例如，CMP 可以将整个表面置于光刻系统的景深范围内，或者根据材料的位置选择性地去除材料。 对于最新的 22 纳米技术，典型的景深要求低至埃级别。

典型的 CMP 工具（如右侧所示）包括旋转一块覆盖有衬垫的极其平坦的板。 正在抛光的晶圆倒置安装在背衬膜上的载体/主轴中。 固定环使晶圆保持在正确的水平位置。 在将晶圆装载到工具上和从工具上卸载的过程中，晶圆由载体通过真空保持，以防止不需要的颗粒堆积在晶圆表面上。 浆料引入机构将浆料沉积在垫上，如图 1 中的浆料供应所示。然后旋转板和载体，载体保持摆动； 这在的俯视图中可以更好地看出。 通常，下压力是平均力，但移除机制需要局部压力。 下压力取决于接触面积，而接触面积又取决于晶圆和焊盘的结构。 通常，焊盘的粗糙度为 50 μm； 接触由凹凸不平（通常是晶圆上的高点）形成，因此，接触面积仅为晶圆面积的一小部分。 在 CMP 中，还必须考虑晶圆本身的机械性能。 如果晶圆具有轻微弯曲的结构，边缘的压力将大于中心的压力，这会导致抛光不均匀。 为了补偿晶圆弯曲，可以对晶圆背面施加压力，从而平衡中心边缘差异。 CMP 工具中使用的垫应该是刚性的，以便均匀地抛光晶圆表面。 然而，这些刚性焊盘必须始终与晶圆保持对齐。 因此，真正的焊盘往往只是在一定程度上符合晶圆形貌的软硬材料的堆叠。 通常，这些垫子由孔径在 30-50 μm 之间的多孔聚合物材料制成，并且由于它们在此过程中会被消耗掉，因此必须定期对其进行修复。 在大多数情况下，这些垫子是非常专有的，通常用它们的商标名称而不是它们的化学或其他特性来指代。

化学机械抛光或平面化是一种结合化学力和机械力使表面光滑的过程。 它可以被认为是化学蚀刻和自由研磨抛光的混合体。

大约在 1990 年之前，CMP 被认为太脏而不能用于高精度制造工艺，因为磨损往往会产生颗粒，而磨料本身并非没有杂质。 从那时起，集成电路行业已从铝导体转向铜导体。

这需要开发一种加法图案化工艺，该工艺依赖于 CMP 的独特能力，以平面和均匀的方式去除材料，并在铜和氧化物绝缘层之间的界面处重复停止（有关详细信息，请参见铜互连）。 采用此工艺使 CMP 处理更加广泛。 除了铝和铜，CMP 工艺还被开发用于抛光钨、二氧化硅和（最近的）碳纳米管。

目前在需要优化新技术的抛光过程中出现 CMP 的几个局限性。 特别是，需要改进晶圆计量。 此外，还发现 CMP 工艺存在多种潜在缺陷，包括应力开裂、薄弱界面处的分层以及浆料化学品的腐蚀侵蚀。