杏彩体育唯一官网:CMP化学机械抛光 国产化进入从1到10的放量阶段

　　随着纯电动汽车（EV）/混合动力汽车（HEV）、5G基站、特高压、城际高铁、光伏风能产业迅猛发展，以碳化硅为代表的第三代半导体商用需求迎来井喷式的爆发。对于驱动它们的芯片性能要求越高。

　　半导体材料，无论作为前辈硅，还是三代GaN、 SiC对晶片表面处理的传统平坦化技术有热流法、旋转玻璃法、回蚀法、选择淀积等，但这些都只能做到局部的平面化，不能达到全局平坦化。迄今为止，化学机械全局平坦化是保证电子级晶圆和最终产品成功的唯一途径，用于衬底和多层器件平坦化处理。

　　如果晶圆制造过程中无法做到纳米级全局平坦化，既无法重复进行光刻、刻蚀、薄膜和掺杂等关键工艺，也无法将制程节点缩小至纳米级的先进领域。

　　CMP技术概念首次提出是在1965 ，由Monsanto最初用于获取高质量的玻璃表面，如军用望远镜等。1988 年IBM 开始将CMP 技术运用于4M DRAM 的制造中，而自从1991 年IBM将CMP 成功应用到 64M DRAM 的生产中以后，CMP 技术在世界各地迅速发展起来。

　　化学机械平坦化，（Chemical mechanical polishing，简称CMP），也称化学机械抛光，化学机械研磨，是一种高度精确的抛光工艺。通过纳米级粒子的物理研磨作用与抛光液的化学腐蚀作用的有机结合，以获得优异的平面度。其过程可描述为：

　　抛光过程部分是机械的，部分是化学的。由于摩擦和腐蚀之间的协同作用，CMP 被认为是一种摩擦化学过程。

　　该过程的机械元件施加向下的压力，而发生的化学反应提高了材料去除率。该过程是根据被处理材料的类型量身定制的。

　　当目的是去除表面材料时，它被称为化学机械抛光。然而，当目的是使表面变平时，它被称为化学机械平面化。

　　：设备上存储的数据越多，设计就越精确。CMP产生了激光质量的表面（0/0 划痕），改善了表面形貌，还可以在基板上达到亚纳米级的Ra，可以说是达完全平整并具有完美的表面光洁度。有几种方法有助于测量表面光洁度，例如峰谷值。实际上，PV是测量抛光表面最高点和最低点之间的高度差。最新的半导体技术需要低至埃级(10 的负10次 m) 的PV 。

　　：CMP是一个涉及多个基板抛光的多步骤工艺。目标是优化每个步骤的持续时间。然而，保持高精度的抛光工艺仍然是必不可少的。每一步都持续不到60秒！

　　CMP设备与晶圆生产中的抛光设备有相似之处，但集成电路硅片中很多材料的加入以及金属层的增加使得CMP设备不能如同抛光设备那样简单，而需要加入特别的过程获得平坦化的效果。这主要体现在对抛光厚度、抛光速率的检测上，被称作终点检测，通常有电机电流终点检测、光学终点检测。CMP系统的其他特性和优势包括：

　　CMP参与到制造和封装微芯片的各个阶段，从而去除平坦化晶片前表面上的多余材料，或者为添加下一层电路功能创建一个完美的平坦基础，以保证晶片表面完全平整。

　　CMP在前道加工领域：主要负责对晶圆表面实现平坦化。晶圆制造前道加工环节主要包括7个相互独立的工艺流程：光刻、刻蚀、薄膜生长、扩散、离子注入、化学机械抛光、金属化CMP则主要用于衔接不同薄膜工艺，根据华海清科招股书中指出，前段制程工艺主要为STI-CMP和Poly-CMP，后段制程工艺主要为介质层ILD-CMP、IMD-CMP以及金属层W-CMP、Cu-CMP等。

　　在后道封装领域：CMP工艺也逐渐被用于先进封装环节的抛光，如硅通孔（TSV）技术、扇出（Fan-Out）技术、2.5D转接板（interposer）、3D IC等封装技术中对引线尺寸要求更小更细，因此会引入刻蚀、光刻等工艺，而CMP作为每道工艺间的抛光工序，也得以广泛应用于先进封装中。

　　在人工智能和大数据的助推下，实现多因素智能控制成为一种可能。引入CMP设备的智能化工艺控制水平，可提高工艺一致性与产品良率。

　　CMP是一个受多因素影响的工艺过程，需要分考虑设备运行的多种过程参数对抛光结果的影响。抛光盘的转动、承载头的转动、修整器的摆动、承载头各分区的载荷、保持环压力、抛光垫磨损、抛光液供给、抛光液温度等因素的微小变化都会影响抛光结果的变化。

　　化学机械抛光已迅速成为制造集成电路的核心技术。化学机械抛光系统在单个裸片或最大直径为300毫米的晶圆上提供纳米级材料去除能力，可用于当今设备制造工艺中使用的各种晶圆/基板材料。使用CMP特定应用材料包括：

　　在CMP工艺期间，使用抛光液（浆料）和抛光垫抛光晶片表面以进行平坦化。焊盘和浆料是CMP工艺中使用的消耗品，应根据技术性能、工艺优化和/或拥有成本的需要进行选择。

　　CMP抛光液是针对不同研磨材料的特性进行独特的配方设计，抛光过程中，pH值基本保持不变，从而保证抛光速率的稳定，并节约抛光时间。如二氧化硅胶体粒度细,抛光液稳定性和分散均一性好，广泛用于多种材料纳米级的化学机械抛光。

　　磨料是平坦化工艺中研磨材料和化学添加剂的混合物，研磨材料主要是石英、二氧化铝和氧化铈。磨粒的典型尺寸范围为10-250纳米。化学添加剂则要根据实际情况加以选择，这些化学添加剂和要被除去的材料进行反应，弱化其和硅分子联结，这样使得机械抛光更加容易。在应用中的通常有氧化物磨料、金属钨磨料、金属铜磨料以及一些特殊应用磨料。

　　抛光垫通常使用聚亚胺脂（Polyurethane）材料制造，又有聚氨酯抛光垫、抛光阻尼布、氧化铈抛光垫，利用这种多孔性材料类似海绵的机械特性和多孔特性，表面有特殊的沟槽，提高抛光的均匀性，垫上有时开有可视窗，便于线上检测。通常抛光垫为需要定时整修和更换的耗材，一个抛光垫虽不与晶圆直接接触，但使用寿命约仅为45至75小时。

　　CMP过程中产生的浆体颗粒对硅晶片表面的污染对设备工艺中收率（Yield）的下降有着极大的影响。因此需要进行CMP后清洗，以去除具有各种几何特征的不同表面、化学和机械性能的晶圆上的颗粒、有机残留物和金属污染物。具体操作详见《半导体清洗 30％总工序，50%国产替代空间，弯道超车的绝佳机会》

　　近年来，随着超大规模集成电路制造的线宽不断细小化，制造工艺不断向先进制程节点发。