化学机械抛光

引言

化学机械抛光通常被称为化学机械平坦化或CMP。这是制造物体表面光滑的最新、目前应用最广泛的工艺之一，它结合了化学和机械力。 因此，它是一种部分机械和部分化学的工艺。它可以被视为化学蚀刻（微制造）和表面自由研磨抛光的混合体。

CMP的作用是多方面的；它被用于各种用途，例如表面平滑、材料去除、平面化、均匀性控制、缺陷减少等。

CMP的原理

CMP的一般机制在以下步骤中说明

• 首先，金属或物体的表面与合适的物质发生化学反应。这是通过化学反应软化表面层。
• 其次，借助磨料颗粒施加一种机械力，以去除之前由化学处理产生的软化层。

注意

有一些与CMP相关的术语，人们必须了解才能完全理解该过程，这些术语是

1. 晶圆： 在电子领域，晶圆是半导体的薄片，它可以是晶体硅（c-Si），设计成非常薄的圆盘形式，用于制造集成电路。
2. 化学浆液： CMP浆液通常由纳米级磨料粉末分散在化学反应溶液中组成，使其适合与给定物体的表面发生反应。
3. 保持环： 保持环是CMP工艺不可或缺的一部分；其作用是在抛光过程中将晶圆固定在载体下方，防止其从载头滑出，并在整个表面上实现均匀的材料去除。
4. 抛光垫： 它由坚硬的、微孔隙的聚氨酯材料制成。

CMP方法的工作原理

• 在这个过程中，通常使用磨料和腐蚀性化学浆液，并结合抛光垫和保持环，其直径通常大于晶圆本身。
• 动态抛光头和塑料保持环有助于将垫和晶圆压在一起并将其固定到位。
• 动态抛光头以不同的旋转轴旋转，这些轴通常不是同心的。因此，通过去除材料使晶圆平坦或平面化，这往往会使任何不规则的形貌均匀化。
• 上述步骤对于设置晶圆以形成其他电路元件是必要的。

该过程在下面给出的图像中进行了说明，该图像代表了CMP机器

化学和机械过程在此方法中都非常关键，两者都需要，因为单独的物理研磨会对组件造成巨大损坏，并可能使其不适合进一步使用，因为任何机械抛光的金属表面都会遭受大量的划痕、金属碎屑和嵌入其表面的磨料，而另一方面，化学过程不足以单独完全抛光表面。因此，需要结合化学和机械过程。

注意：此方法涉及大量摩擦，因此这些过程产生的摩擦会产生大量的热量，因此需要非常小心地维持温度。

CMP的用途和应用

• CMP广泛用于半导体和集成电路的制造。
• 它在制造电子产品中至关重要。
• CMP通常用于准备晶圆以进行光刻。

CMP的优点

• 它确保半导体元件的区域是平坦的或平面化的。因此，它将物质的粗糙形貌降低到平面化状态。
• 它有助于通过其减法特性减少表面缺陷。
• 它可以用于平面化各种材料，从金属到它们的氧化物。
• 它通常是一种环境友好的工艺，因为它不像干法蚀刻那样产生有害气体。

CMP的缺点

• CMP是一种昂贵的工艺，因为它需要先进的设备和昂贵的消耗品。
• 它需要频繁更换化学品和更高的维护，这增加了CMP工艺的成本。
• 由于CMP的终点难以控制所需的厚度，因此有时需要额外的工艺开发以进行工艺控制，这使得它成为一种稍微复杂的方法。
• 有时，由于CMP方法，会出现新型的缺陷，并且它们变得更加关键。

结论

CMP有其自身的局限性，但尽管如此，它是一种非常成功的表面抛光方法。有时，电气设备内部各层之间的相互作用通常会导致粗糙或不均匀的表面，需要对其进行校正，即使是小的缺陷也会带来许多问题，例如电流通过电气设备的流动、散热、组件耐用性等方面的问题。所有缺陷，例如研磨线、划痕、凹坑和表面缺陷，包括可能影响零件外观及其功能的那些损坏，都通过化学机械抛光来消除。

CMP是一种最新技术，可以将给定材料的整个表面置于光刻系统的景深要求之内，或者根据其位置选择性地去除材料。