IC制造中硅片化学机械抛光材料去除机理研究

李丽红

（江苏安全技术职业学院，江苏 徐州221011）

集成电路（IC）是微电子技术的核心，也是当前的一种新的技术，可以推动社会信息技术的不断发展。当前国际上以微电子为基础的制造业已经成为竞争最激烈的行业，也是发挥最迅速的领域，只要能掌握微电子的制造技术，就可以有效地控制成本和扩大生产的规模，能够在当前激烈的市场竞争中占据重要的位置。因此，集成电路对国民经济的发展有着重要推动作用。

1 研究的背景和意义

IC是集成电路，是作为信息产业发展的技术基础，是推动信息技术发展的重要核心力量。化学机械抛光简称CMP，这种技术可以有效兼顾加工表面的全局和局部的平整度，化学机械抛光技术已经成为当前使用最为广泛的平坦化技术，能够在材料的制备阶段用于加工单晶硅。CMP技术在很大程度上主要是对材料去除机理的认识和理解，当前随着信息技术的不断发展，CMP技术在很多的方面还存在问题，对其技术也提出更高的要求。集成电路是微电子技术的核心，主要是以半导体集成电路为基础的一种信息技术产业，对于国民经济的发展有着重要的促进作用，也成为当前世界竞争最为激烈的一个发展领域，掌握先进的微电子技术，能够有效地控制和扩大生产规模。半导体发展的重要一步是将多个电子元件集成在一个单晶硅上，也就称为集成电路，从20世纪60年代，集成电路先后经历了小规模、中规模一直到大规模的集成电路，电路的集成度还在不断增长，21世纪的微电子技术的存储容量也由3G时代发展到3T时代[1]。当前随着计算机、通信以及网络技术的不断发展，对于集成电路的要求也越来越高，集成电路也逐渐朝着一种高速化、高集成化的方向发展，其中IC制造追求薄膜化和导线多层化的发展趋势中，半导体工艺技术遇到新的一种挑战，集成电路芯片技术在硅片的表面生长的一种工艺，一种全局的平坦化技术由于制作过程中，出现的一系列不利因素，会严重影响到集成电路制成技术的可靠性。

2 相关的技术特点

CMP技术是一种化学机械抛光技术，主要由硅片夹持器、工作台以及抛光液供给装置三部分组成，通过实验操作，在工件的表面产生一种化学反应，能够改变工件表面原有的化学键，产生一种能够去除表面杂质的反应膜，在工件的表面会产生一种化学这种反应膜主要是通过磨粒和抛光垫的机械作用去除，当去除工件表面的膜之后[2]，工件表面就会变得光滑，没有任何缺陷，这种化学机械抛光技术也是当前使用较广泛的一种技术，其中的影响因素也是比较多，首先是工件表面与抛光垫之间的氧化剂和材料进行化学反应，然后根据抛光液中高分子材料制成的抛光垫将化学反应之后的薄膜去除，使工件表面重新裸露出来，将化学反应与机械作用交替应用，对工件表面进行重复的处理过程。CMP是当前使用比较广泛的一种技术，具有很多的优点，也成为当前使用最广泛的一种平坦化技术，所具备的优点：

（1）能够对工件的表面进行全局化的平坦；

（2）能平坦化不同的材料，能对多层金属互连的介质中的绝缘体、导体等进行全局平坦化；

（3）能够在同一次的抛光过程中对多层材料进行平坦化；

（4）可采用大士革工艺制作金属图形，是一种减薄表面层材料的工艺，能够有效地去除表面的缺陷。

3 IC制造中CMP材料去除机理的研究分析

在CMP去除机理的研究过程中，其中建模和仿真是CMP去除机理中的重要手段，CMP主要分为三种：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抛光液的化学性质，找到影响材料去除率的一些关键参数，对于芯片尺度的制造，主要包括沟槽宽度、布线图案宽度和抛光时间选择，硅片的尺寸选择需要保证材料能够去除硅片表面存在的一些非均匀性的杂质，需要通过对IC设计进行优化，建立相关的模型进行研究和试验，对可能去除的情况进行预测和分析，要采取相应的措施去除硅片材料表面存在的一种非均匀性[3]。

硅是制造芯片的主要半导体材料，是半导体产业中最重要的材料，将硅片经过合理的加工能够将其提纯到一定的高度，也会耗费更少的材料，其中单晶硅片是集成电路的基础部分，在化学机械抛光的技术中，研磨或者是抛光是化学机械抛光前的重要加工工序。将铜作为布线金属与传统的铝材料存在的不同之处主要是，铜不能产生易挥发的一种物质，将铜应用到IC制造中，已经设计出与铝不同的一种工艺结构用来解决存在的一些问题，主要是采用镶嵌的技术方法进行布线，需要将电介质层进行平坦化的处理，在平坦化之后的电介质层上制作图案，在多层布线的芯片制造过程中，CMP技术也是一种使用频繁的平坦化技术。其中抛光垫也是化学机械抛光系统中的重要组成部分，在化学机械抛光过程中，加工过程中的磨粒需要借助抛光垫的支撑作用，对硅片的表面产生一种作用力，去除硅片表面的材料，抛光垫的性能对化学机械抛光的过程会产生重要的影响。

对于集成电路的制造，其中的抛光垫使用的材料是聚氨酯，是发泡之后固化而成，表面难免会出现凹凸，能够用来去除抛光液中的磨粒，通过直接或者是间接的方式去除硅片表面的杂质。对于抛光垫表面存在的一些微孔主要是收集加工过程中产生的一些杂质，传递抛光液，这样能够有效地提高抛光面的均匀度[4]。另外，抛光垫表面的均匀性也会受到硬度的影响，抛光垫自身的性质也会影响到抛光垫表面的质量和均匀性。通常选用的化学机械抛光垫都是“上硬下软”复合式的材料，化学机械硅片抛光的过程需要将化学作用与机械作用统一协调，使用的抛光液中含有的一定化学成分会与抛光的表面发生一定的化学反应，所生成的物质会去除抛光面上的反应膜，也就会使抛光工件的表面更加平坦和均匀。

4 结束语

综上所述，当前信息技术的不断发展，其中集成电路是信息技术的基础，也是推动技术发展的重要核心力量，化学机械抛光技术可以实现工件表面的平坦化，利用集成电路的相关原理结合化学反应和机械作用实现工件表面的平坦化。

[1]苏建修.IC制造中硅片化学机械抛光材料去除机理研究[D].辽宁：大连理工大学，2013.

[2]刘敬远.硅片化学机械抛光加工区域中抛光液动压和温度研究[D].辽宁：大连理工大学，2012.

[3]翟 靖.SiO_2抛光液实验研究[D].无锡：江南大学，2012.

[4]王彩玲.300mm硅片化学机械抛光设备及其关键技术研究[D].辽宁：大连理工大学，2010.