IC制造中硅片化學機械拋光材料去除機理研究

李麗紅

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學院，江蘇 徐州221011）

集成電路（IC）是微電子技術(shù)的核心，也是當前的一種新的技術(shù)，可以推動社會信息技術(shù)的不斷發(fā)展。當前國際上以微電子為基礎的制造業(yè)已經(jīng)成為競爭最激烈的行業(yè)，也是發(fā)揮最迅速的領域，只要能掌握微電子的制造技術(shù)，就可以有效地控制成本和擴大生產(chǎn)的規(guī)模，能夠在當前激烈的市場競爭中占據(jù)重要的位置。因此，集成電路對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著重要推動作用。

1 研究的背景和意義

IC是集成電路，是作為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)基礎，是推動信息技術(shù)發(fā)展的重要核心力量。化學機械拋光簡稱CMP，這種技術(shù)可以有效兼顧加工表面的全局和局部的平整度，化學機械拋光技術(shù)已經(jīng)成為當前使用最為廣泛的平坦化技術(shù)，能夠在材料的制備階段用于加工單晶硅。CMP技術(shù)在很大程度上主要是對材料去除機理的認識和理解，當前隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，CMP技術(shù)在很多的方面還存在問題，對其技術(shù)也提出更高的要求。集成電路是微電子技術(shù)的核心，主要是以半導體集成電路為基礎的一種信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，對于國民經(jīng)濟的發(fā)展有著重要的促進作用，也成為當前世界競爭最為激烈的一個發(fā)展領域，掌握先進的微電子技術(shù)，能夠有效地控制和擴大生產(chǎn)規(guī)模。半導體發(fā)展的重要一步是將多個電子元件集成在一個單晶硅上，也就稱為集成電路，從20世紀60年代，集成電路先后經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模一直到大規(guī)模的集成電路，電路的集成度還在不斷增長，21世紀的微電子技術(shù)的存儲容量也由3G時代發(fā)展到3T時代[1]。當前隨著計算機、通信以及網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，對于集成電路的要求也越來越高，集成電路也逐漸朝著一種高速化、高集成化的方向發(fā)展，其中IC制造追求薄膜化和導線多層化的發(fā)展趨勢中，半導體工藝技術(shù)遇到新的一種挑戰(zhàn)，集成電路芯片技術(shù)在硅片的表面生長的一種工藝，一種全局的平坦化技術(shù)由于制作過程中，出現(xiàn)的一系列不利因素，會嚴重影響到集成電路制成技術(shù)的可靠性。

2 相關(guān)的技術(shù)特點

CMP技術(shù)是一種化學機械拋光技術(shù)，主要由硅片夾持器、工作臺以及拋光液供給裝置三部分組成，通過實驗操作，在工件的表面產(chǎn)生一種化學反應，能夠改變工件表面原有的化學鍵，產(chǎn)生一種能夠去除表面雜質(zhì)的反應膜，在工件的表面會產(chǎn)生一種化學這種反應膜主要是通過磨粒和拋光墊的機械作用去除，當去除工件表面的膜之后[2]，工件表面就會變得光滑，沒有任何缺陷，這種化學機械拋光技術(shù)也是當前使用較廣泛的一種技術(shù)，其中的影響因素也是比較多，首先是工件表面與拋光墊之間的氧化劑和材料進行化學反應，然后根據(jù)拋光液中高分子材料制成的拋光墊將化學反應之后的薄膜去除，使工件表面重新裸露出來，將化學反應與機械作用交替應用，對工件表面進行重復的處理過程。CMP是當前使用比較廣泛的一種技術(shù)，具有很多的優(yōu)點，也成為當前使用最廣泛的一種平坦化技術(shù)，所具備的優(yōu)點：

（1）能夠?qū)ぜ谋砻孢M行全局化的平坦；

（2）能平坦化不同的材料，能對多層金屬互連的介質(zhì)中的絕緣體、導體等進行全局平坦化；

（3）能夠在同一次的拋光過程中對多層材料進行平坦化；

（4）可采用大士革工藝制作金屬圖形，是一種減薄表面層材料的工藝，能夠有效地去除表面的缺陷。

3 IC制造中CMP材料去除機理的研究分析

在CMP去除機理的研究過程中，其中建模和仿真是CMP去除機理中的重要手段，CMP主要分為三種：磨粒尺度模型、特征尺寸以及芯片尺度等，其中磨粒尺度主要是研究微小尺度下的磨粒以及拋光液的化學性質(zhì)，找到影響材料去除率的一些關(guān)鍵參數(shù)，對于芯片尺度的制造，主要包括溝槽寬度、布線圖案寬度和拋光時間選擇，硅片的尺寸選擇需要保證材料能夠去除硅片表面存在的一些非均勻性的雜質(zhì)，需要通過對IC設計進行優(yōu)化，建立相關(guān)的模型進行研究和試驗，對可能去除的情況進行預測和分析，要采取相應的措施去除硅片材料表面存在的一種非均勻性[3]。

硅是制造芯片的主要半導體材料，是半導體產(chǎn)業(yè)中最重要的材料，將硅片經(jīng)過合理的加工能夠?qū)⑵涮峒兊揭欢ǖ母叨龋矔馁M更少的材料，其中單晶硅片是集成電路的基礎部分，在化學機械拋光的技術(shù)中，研磨或者是拋光是化學機械拋光前的重要加工工序。將銅作為布線金屬與傳統(tǒng)的鋁材料存在的不同之處主要是，銅不能產(chǎn)生易揮發(fā)的一種物質(zhì)，將銅應用到IC制造中，已經(jīng)設計出與鋁不同的一種工藝結(jié)構(gòu)用來解決存在的一些問題，主要是采用鑲嵌的技術(shù)方法進行布線，需要將電介質(zhì)層進行平坦化的處理，在平坦化之后的電介質(zhì)層上制作圖案，在多層布線的芯片制造過程中，CMP技術(shù)也是一種使用頻繁的平坦化技術(shù)。其中拋光墊也是化學機械拋光系統(tǒng)中的重要組成部分，在化學機械拋光過程中，加工過程中的磨粒需要借助拋光墊的支撐作用，對硅片的表面產(chǎn)生一種作用力，去除硅片表面的材料，拋光墊的性能對化學機械拋光的過程會產(chǎn)生重要的影響。

對于集成電路的制造，其中的拋光墊使用的材料是聚氨酯，是發(fā)泡之后固化而成，表面難免會出現(xiàn)凹凸，能夠用來去除拋光液中的磨粒，通過直接或者是間接的方式去除硅片表面的雜質(zhì)。對于拋光墊表面存在的一些微孔主要是收集加工過程中產(chǎn)生的一些雜質(zhì)，傳遞拋光液，這樣能夠有效地提高拋光面的均勻度[4]。另外，拋光墊表面的均勻性也會受到硬度的影響，拋光墊自身的性質(zhì)也會影響到拋光墊表面的質(zhì)量和均勻性。通常選用的化學機械拋光墊都是“上硬下軟”復合式的材料，化學機械硅片拋光的過程需要將化學作用與機械作用統(tǒng)一協(xié)調(diào)，使用的拋光液中含有的一定化學成分會與拋光的表面發(fā)生一定的化學反應，所生成的物質(zhì)會去除拋光面上的反應膜，也就會使拋光工件的表面更加平坦和均勻。

4 結(jié)束語

綜上所述，當前信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其中集成電路是信息技術(shù)的基礎，也是推動技術(shù)發(fā)展的重要核心力量，化學機械拋光技術(shù)可以實現(xiàn)工件表面的平坦化，利用集成電路的相關(guān)原理結(jié)合化學反應和機械作用實現(xiàn)工件表面的平坦化。

[1]蘇建修.IC制造中硅片化學機械拋光材料去除機理研究[D].遼寧：大連理工大學，2013.

[2]劉敬遠.硅片化學機械拋光加工區(qū)域中拋光液動壓和溫度研究[D].遼寧：大連理工大學，2012.

[3]翟 靖.SiO_2拋光液實驗研究[D].無錫：江南大學，2012.

[4]王彩玲.300mm硅片化學機械拋光設備及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].遼寧：大連理工大學，2010.