300mm硅片化学机械抛光技术分析

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1、技术专栏TechnologyColumnST300mm硅片化学机械抛光技术分析闫志瑞，鲁进军，李耀东，王继，林霖（北京有色金属研究总院有研半导体材料股份有限公司，北京100088）摘要：化学机械抛光是单晶硅衬底和集成电路制造中的关键技术之一，然而，传统的化学机械抛光技术还存在一定的缺点或局限性，为了得到更好的硅片平整度和表面洁净度，在300mm硅片的生产中采用了双面化学机械抛光技术。对双面化学机械抛光的优点以及系统变量对抛光速度和抛光质量的影响进行了详细地分析。关键词：化学机械抛光；超大规模集成电路；硅片；双面抛光

2、中图分类号：TN305.2文献标识码：A文章编号：1003-353X(2006)08-0561-04TechnologyAnalysisof300mmWaferCMPYANZhi-rui，LUJin-jun，LIYao-dong，WANGJi，LINLin(GRINMSemiconductorMaterialsCo.Ltd，Beijing100088,China)Abstract:Chemicalmechanicalpolishing(CMP)isoneofcoretechnologiesinsiliconsubs

3、trateandICfabrication.However,thetraditionalCMPtechnologyhassomedisadvantagesandlimitations.Formorebetterflatnessandsurfaceofsiliconwafer,doublesidepolishing(DSP)wasusedin300mmsiliconwafermanufacture.TheadvantagesofDSPandtheinfluenceofsystemvariablesontheremov

4、erateandqualitywereanalyzed.Keywords:CMP；ULSI；wafer；doublesidepolishing(DSP)法、旋转式玻璃法、回蚀法、电子环绕共振法、1引言等离子增强CVD、淀积-腐蚀-淀积等技术[2]。半导体产业是现代电子工业的核心，而半导体传统的对基底硅材料的CMP为单面抛光，但产业的基础是硅材料工业。虽然有各种各样新型的是随着超大规模集成电路的不断发展，单面抛光半导体材料不断出现，但90%以上的半导体器件和已经不能满足更小线宽的要求，故在对用于线宽电路，尤其是超大规

5、模集成电路（ULSI）都是制为0.09～0.13μm工艺的300mm硅片的加工中需进作在高纯优质的硅单晶抛光片和外延片上的[1]。行双面化学机械抛光，这也是未来大直径硅片加工目前，超大规模集成电路制造技术已经发展到的发展趋势。了0.12μm和300mm时代，特征线宽为0.1μm的技术也正在走向市场。随着特征线宽的进一步微小2传统的化学机械抛光化，对硅片表面的平坦化程度提出了更高的要求，1965年Walsh和Herzog首次提出了化学机械抛CMP被公认为是ULSI阶段最好的材料全局平坦化光技术，之后逐渐被应用。在半导

6、体行业，CMP方法，该方法既可以获得较完美的表面，又可以得最早应用于集成电路的基底硅材料的抛光中，其后到较高的抛光速率，已经基本取代了传统的热流被逐步应用于集成电路的前半制程中（集成电路的基金项目：国家863资助项目（2004AA3Z1140）制造过程共分为4个阶段：单晶硅片制造-前半制程-August2006SemiconductorTechnologyVol.31No.8561技术专栏STTechnologyColumn硅片测试-后半制程）[2]，主要用于层间介质，绝硅片的全局平整度（GBIR）＜2μm；硅片的

7、局缘体，导体，镶嵌金属W、Al、Cu，多晶硅，部平整度（SFQR:25mm×32mm）＜85nm；硅片硅氧化物沟道等的平面化中。表面的颗粒数≤100个（≥0.12μm）。显然传统传统的CMP系统如图1所示，整个系统由以下的单面抛光已不能满足该需要。三部分组成：旋转的硅片夹持装置；承载抛光垫的3双面化学机械抛光工作台；抛光液（浆料）供应系统。双面化学机械抛光（DSP）是在原有的单面化学机械抛光（SSP）的基础上发展起来的，基本原理与单面化学机械抛光相同，只是需要将传统的化学机械抛光中的硅片夹持装置用另一个倒置的承载抛

8、光垫的工作台所取代，基本原理如图2所示。现阶段，日本的Speedfam公司、德国PeterWolters公司等都可以提供用于批量生产300mm硅图1传统的化学机械抛光原理示意图片的抛光设备。抛光时，旋转的工件以一定的压力施于随工作台一起旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨料和工作台化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，抛光垫并在工件表面产生化学反应，工件