半導體材料的拋光

1、半導體材料的拋光摘要磨削和研磨等磨料處理是生產半導體晶片必要方式，然而磨削和研磨會導致單晶硅晶片的表面完整性變差。因此拋光和平面化對生產微電子原件來說是十分重要的。這次講座將會介紹到寄出的拋光過程以及不同的過程模型。另外也會對硅、砷化鎵等不同的半導體襯底材料進行討論。關鍵字：化學機械拋光（CMP） 三軸拋光機床 半導體 拋光1簡介半導體基片的結構厚度已經被降低到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備。因此，拋光半導體基底材料的任務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放在工藝技術，原材料和結構性晶圓化學機械拋光（CMP），以及在其上進行拋光硅片等開發(fā)的模型

2、。此外，對于軟、脆的半導體材料的研磨也將會進行討論。硅的制造加工仍然是今天的關鍵技術之一?？梢灶A料每年生產的芯片表面積將會穩(wěn)定增長，這將伴隨著集成組件的增度（圖1）1，2，3，4。為了實現(xiàn)這一點，降低結構的寬度則是十分必要的。目前運用的最小寬度為0.35微米，但是如果下降到0.15微米，可以預測的是接下來將會有11 Gbit DRAM的芯片產出。在光刻過程中，只有有限的取決于光源波長的焦點深度（DOF）可用于所屬的晶片曝光。波長為248納米的光波，焦點深度為0.7微米，對應加工0.35微米的結構寬度。為了盡可能的降低成本，這些光波的對應焦點深度頻譜則應該得到充分利用。因此，將0.3微米分攤到晶

3、片總厚度變化（TTV）上，0.26微米至步進表，其用于提高在光掩模下移動晶片的定位精度。剩余的0.14微米則被分配到晶片形貌上來。這是對由幾個氧化物層和金屬層（英特爾奔騰微處理器：34層）所組成的晶片有決定性的影響，因為它們必須被重復曝光。2半導體材料的拋光圖2描述了拋光的任務和在硅晶片拋光中應用的技術。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.在每個光刻步驟和蝕刻工藝之后氧化物結構的流平性。3. 化合物半導體的襯底材料的拋光是特別重要的，因為它們不表現(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化合物的僅占市場的2（而硅占98），將這些材料變得越來越重要。一個特殊的拋光工藝可用于上面列出的每一項任務。盡管這是一個由IBM公司推廣的生產的半導體處理中使用的64Mbit的DRAM芯片的相對較新的技術化學-機械拋光將會起著主導作用。圖1.DRAM設備和焦點深度預算技術要求圖2.拋光任務2.1硅的化學-機械拋光（CMP）圖3所示為3軸拋光機的原理，用于基片盤的研磨。機器的軸承都是流體動力。現(xiàn)代的圓盤傳送帶的機器需要6拋光頭。對于每一個拋光頭和晶片的拋光壓力，分別由氣動彈簧控制。 5 圖3 三軸拋光原理圖4所示為用于CMP的重要工藝參數。研磨粗糙的硅晶

5、片速度高達3米/秒，然而在研磨氧化物和金屬結構時速度將顯著減小。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 半導體基板材料的化學機械拋光圖5 拋光壓力和溫度除去率之間的關系對于晶片的裝夾，有不同的技術進行選擇。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)點是具有高的保持力，缺點是，在晶片的背面將作為一個參考表面。此外，蠟的粘附是不適合用于盒式對盒式的使用。出于這個原因，還有另一種方法可以應用到晶片拋光中。晶片被壓到一個浸漬、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。這種方法的優(yōu)點在于，晶片拋光側也可以作為參考面。除此之外，拋光機可以通過機器人自動加載和卸載。如果進行雙面拋光，晶片不必要被緊固，因為它們被插入到拋光機中。但該方法制造的晶片幾乎不被接受，因為芯片制造商更喜歡單面拋光的晶片。這樣做的原因是，在晶片內的干擾雜質原子，傾向于擴散到僅被研磨和磨削后的未拋光的晶片背面。如果雜質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。拋光墊及漿料是進行拋光所需的重要工具，對結果有很大的影響。用堿性溶液作為拋光液，其中含有尺寸為約100納米的化學反應性的顆粒。用具有相對小的尺寸分布且極為光滑的球狀微?？梢赃_到最優(yōu)的效果。

7、化學-機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。由于增加的顆粒會導致脫除率降低，因此需要周期性地執(zhí)行修正墊料。合適的工藝適應調節(jié)工具仍沒有充分開發(fā)。CMP技術在潔凈區(qū)域的應用進行了相當有爭議的討論，因為清理磨料顆粒是一個問題。但是，在理論上，這個問題被已經被解決了。對于清洗，不同的流程，例如水和超聲波浴在今天已經被使用。CMP材料去除過程包括一個化學過程和機械過程。圖5所示為去除速率對拋光壓力和溫度的依賴性。由于化學和機械之間的相互作用，總除去率比每個單獨去除的總和要高。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使去除率增加，一般使用1%（質量百分比）濃度。溫度的提高對去除率的提升有著顯著效果，但是高溫度下的操作會影響極其的精度。3總結如今，半導體材料的拋光是半導體技術的關鍵。對相