半導(dǎo)體材料的拋光

1、半導(dǎo)體材料的拋光摘要磨削和研磨等磨料處理是生產(chǎn)半導(dǎo)體晶片必要方式，然而磨削和研磨會(huì)導(dǎo)致單晶硅晶片的表面完整性變差。因此拋光和平面化對(duì)生產(chǎn)微電子原件來說是十分重要的。這次講座將會(huì)介紹到寄出的拋光過程以及不同的過程模型。另外也會(huì)對(duì)硅、砷化鎵等不同的半導(dǎo)體襯底材料進(jìn)行討論。關(guān)鍵字：化學(xué)機(jī)械拋光（CMP） 三軸拋光機(jī)床 半導(dǎo)體 拋光1簡(jiǎn)介半導(dǎo)體基片的結(jié)構(gòu)厚度已經(jīng)被降低到0.35微米，但拋光和平展化任然是制備微電子原件的必要準(zhǔn)備。因此，拋光半導(dǎo)體基底材料的任務(wù)將在集成電路的制造過程中的角度來限定。本次講座的主要重點(diǎn)放在工藝技術(shù)，原材料和結(jié)構(gòu)性晶圓化學(xué)機(jī)械拋光（CMP），以及在其上進(jìn)行拋光硅片等開發(fā)的模型

2、。此外，對(duì)于軟、脆的半導(dǎo)體材料的研磨也將會(huì)進(jìn)行討論。硅的制造加工仍然是今天的關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢灶A(yù)料每年生產(chǎn)的芯片表面積將會(huì)穩(wěn)定增長(zhǎng)，這將伴隨著集成組件的增度（圖1）1，2，3，4。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，降低結(jié)構(gòu)的寬度則是十分必要的。目前運(yùn)用的最小寬度為0.35微米，但是如果下降到0.15微米，可以預(yù)測(cè)的是接下來將會(huì)有11 Gbit DRAM的芯片產(chǎn)出。在光刻過程中，只有有限的取決于光源波長(zhǎng)的焦點(diǎn)深度（DOF）可用于所屬的晶片曝光。波長(zhǎng)為248納米的光波，焦點(diǎn)深度為0.7微米，對(duì)應(yīng)加工0.35微米的結(jié)構(gòu)寬度。為了盡可能的降低成本，這些光波的對(duì)應(yīng)焦點(diǎn)深度頻譜則應(yīng)該得到充分利用。因此，將0.3微米分?jǐn)偟骄?/p>

3、片總厚度變化（TTV）上，0.26微米至步進(jìn)表，其用于提高在光掩模下移動(dòng)晶片的定位精度。剩余的0.14微米則被分配到晶片形貌上來。這是對(duì)由幾個(gè)氧化物層和金屬層（英特爾奔騰微處理器：34層）所組成的晶片有決定性的影響，因?yàn)樗鼈儽仨毐恢貜?fù)曝光。2半導(dǎo)體材料的拋光圖2描述了拋光的任務(wù)和在硅晶片拋光中應(yīng)用的技術(shù)。1.硅襯底的拋光是在研磨和磨削之后，為了除去其表面層中的缺陷，并且為了以后的拋光實(shí)現(xiàn)了完美的反射面。通常，一層大約5-30微米厚度被除去。 2.在每個(gè)光刻步驟和蝕刻工藝之后氧化物結(jié)構(gòu)的流平性。3. 化合物半導(dǎo)體的襯底材料的拋光是特別重要的，因?yàn)樗鼈儾槐憩F(xiàn)出硬而脆的特性的材料特性，卻是柔軟而脆的

4、。雖然基底材料包括，例如砷化鎵和磷化銦在內(nèi)化合物的僅占市場(chǎng)的2（而硅占98），將這些材料變得越來越重要。一個(gè)特殊的拋光工藝可用于上面列出的每一項(xiàng)任務(wù)。盡管這是一個(gè)由IBM公司推廣的生產(chǎn)的半導(dǎo)體處理中使用的64Mbit的DRAM芯片的相對(duì)較新的技術(shù)化學(xué)-機(jī)械拋光將會(huì)起著主導(dǎo)作用。圖1.DRAM設(shè)備和焦點(diǎn)深度預(yù)算技術(shù)要求圖2.拋光任務(wù)2.1硅的化學(xué)-機(jī)械拋光（CMP）圖3所示為3軸拋光機(jī)的原理，用于基片盤的研磨。機(jī)器的軸承都是流體動(dòng)力。現(xiàn)代的圓盤傳送帶的機(jī)器需要6拋光頭。對(duì)于每一個(gè)拋光頭和晶片的拋光壓力，分別由氣動(dòng)彈簧控制。 5 圖3 三軸拋光原理圖4所示為用于CMP的重要工藝參數(shù)。研磨粗糙的硅晶

5、片速度高達(dá)3米/秒，然而在研磨氧化物和金屬結(jié)構(gòu)時(shí)速度將顯著減小。7到70千帕的拋光壓力允許去除速率從60至150納米/分。7到70千帕的拋光壓力允許去除速率從60至150納米/分。（如圖5所示）圖4 半導(dǎo)體基板材料的化學(xué)機(jī)械拋光圖5 拋光壓力和溫度除去率之間的關(guān)系對(duì)于晶片的裝夾，有不同的技術(shù)進(jìn)行選擇。將未拋光的硅晶片固定到作為載體的熱蠟上。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是具有高的保持力，缺點(diǎn)是，在晶片的背面將作為一個(gè)參考表面。此外，蠟的粘附是不適合用于盒式對(duì)盒式的使用。出于這個(gè)原因，還有另一種方法可以應(yīng)用到晶片拋光中。晶片被壓到一個(gè)浸漬、多孔的柔性盤上，由于粘合力作用使得它粘附到拋光頭部。由于此方法不能承受剪

6、切力，所以將晶片固定在環(huán)內(nèi)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，晶片拋光側(cè)也可以作為參考面。除此之外，拋光機(jī)可以通過機(jī)器人自動(dòng)加載和卸載。如果進(jìn)行雙面拋光，晶片不必要被緊固，因?yàn)樗鼈儽徊迦氲綊伖鈾C(jī)中。但該方法制造的晶片幾乎不被接受，因?yàn)樾酒圃焐谈矚g單面拋光的晶片。這樣做的原因是，在晶片內(nèi)的干擾雜質(zhì)原子，傾向于擴(kuò)散到僅被研磨和磨削后的未拋光的晶片背面。如果雜質(zhì)原子因吸除效果集中在晶圓背面，則它們引起的光刻步驟上問題將減少。拋光墊及漿料是進(jìn)行拋光所需的重要工具，對(duì)結(jié)果有很大的影響。用堿性溶液作為拋光液，其中含有尺寸為約100納米的化學(xué)反應(yīng)性的顆粒。用具有相對(duì)小的尺寸分布且極為光滑的球狀微?？梢赃_(dá)到最優(yōu)的效果。

7、化學(xué)-機(jī)械拋光的顆粒硬度總是比工件的被拋光更少。具有高剛度的聚氨酯磁盤通常被用作拋光墊。由于增加的顆粒會(huì)導(dǎo)致脫除率降低，因此需要周期性地執(zhí)行修正墊料。合適的工藝適應(yīng)調(diào)節(jié)工具仍沒有充分開發(fā)。CMP技術(shù)在潔凈區(qū)域的應(yīng)用進(jìn)行了相當(dāng)有爭(zhēng)議的討論，因?yàn)榍謇砟チ项w粒是一個(gè)問題。但是，在理論上，這個(gè)問題被已經(jīng)被解決了。對(duì)于清洗，不同的流程，例如水和超聲波浴在今天已經(jīng)被使用。CMP材料去除過程包括一個(gè)化學(xué)過程和機(jī)械過程。圖5所示為去除速率對(duì)拋光壓力和溫度的依賴性。由于化學(xué)和機(jī)械之間的相互作用，總除去率比每個(gè)單獨(dú)去除的總和要高。去除率隨著壓力的增加而增加，飽和度大約從1牛頓/平方厘米開始。顆粒濃度的增加也會(huì)使去除率增加，一般使用1%（質(zhì)量百分比）濃度。溫度的提高對(duì)去除率的提升有著顯著效果，但是高溫度下的操作會(huì)影響極其的精度。3總結(jié)如今，半導(dǎo)體材料的拋光是半導(dǎo)體技術(shù)的關(guān)鍵。對(duì)相