化學機械拋光工藝（Chemical Mechanical Polishing，CMP）

化學機械拋光是集成電路制造的重要工藝之一，又被稱為化學機械平坦化(Chemical Mechanical Plamarization, CMP)。20 世紀 80 年代初，IBM 公司在制造DRAM的過程中，為了達到圓片表面金屬間介電質層（IMD）的全局平坦，建立起了硅氧化物（SiO2）的 CMP 工藝，后來又擴展到對金屬鎢（W）的 CMP。隨著晶體管集成度的不斷提高，從0.13um 工藝節點開始，銅互連成為集成電路后段工藝流程的唯一選擇，這就使銅連線的平坦化工藝（Cu CMP)變得舉足輕重。隨著摩爾定律的向前延伸，在從 28nm 開始的高端工藝中，場效應管柵極的制造流程也引入了 CMP 工藝，以求獲得更加均勻的柵極高度。

CMP 所采用的設備及耗材包括拋光機、拋光液（又稱研磨液)、拋光墊、拋光后清洗設備、拋光終點(End Point)檢測及工藝控制設備、廢物處理和檢測設備等。應用 CMP 工藝的設備一般稱為拋光機，主流的拋光機通常具備一個較大的圓形拋光臺，拋光臺上貼附著根據工藝需要所采用的不同材質制成的拋光墊，通過裝載頭在圓片背面施加壓力，使得圓片表面向下緊壓于拋光墊上；拋光液通過拋光機的液體輸送管路從微小的噴嘴勻速流落在拋光墊的特定位置，隨著拋光墊的運動自然分散于圓片和拋光墊之間。

CMP 工藝的物理基礎是摩擦原理，其化學基礎是氧化反應。在拋光過程中，圓片與拋光墊一般具有同向但不同速的旋轉運動，裝載頭帶著圓片還會產生徑向的擺動，圓片與拋光墊之間由于速度差會產生相對運動。拋光液中的化學藥劑與圓片表面的材料發生氧化反應，將圓片表面的材料轉化成易于分離的物質，同時拋光液中的研磨顆粒以機械摩擦的方式將物質從圓片表面逐層剝離?；瘜W反應和機械研磨同時進行，當二者達到平衡時，可以獲得穩定的拋光速率，以及圓片表面較好的缺陷移除效果。由于 CMP 工藝可以通過圓片表面微觀圖形高、低處之間的拋光速率差（高處的速率大于低處的速率）達到去除高處圖形從而獲得均勻的圖形表面的目的，因此 CMP 工藝既可以進行全局乎坦化，也可以達到局部平坦化的效果，而后者使得CMP 工藝在先進集成電路制造流程中具有不可替代的地位。CMP 工藝融合了化學研磨和物理研磨的過程，而單一的化學或物理研磨在表面精度、粗糙度、均勻性、材料去除率及表面損失程度上都不能同時滿足要求。CMP 工藝兼具了二者的優點，可以在保證材料去除效率的同時，得到準確的表面材料層的厚度，較好的圓片表面平坦度和均勻性，以及實現納米級甚至原子級的表面粗糙度，同時還能保證較小的表面損失程度。 基于簡單的物理和化學原理過程，CMP 工藝就能得到精準和穩定的微觀工藝結果，因此它已經成為集成電路制造工藝流程中一種最廣泛采用且不斷擴張應用領域的技術，如在先進技術研發中，CMP 工藝直接影響晶體管柵極的形成，對器件最終性能的影響越來越重要。CMP 工藝的獨特之處是可以通過適當設計拋光液和拋光墊來滿足不同需求的拋光工藝。根據對象的不同，CMP 工藝主要分為硅拋光（Poly CMP)、硅氧化物拋光(Silicon Oxide CMP)、碳化硅拋光 ( Silicon Carbide CMP)、鎢拋光（W CMP）和銅拋光 (Cu CMP)。

審核編輯 ：李倩