化学机械抛光行业报告，晶圆平坦化，CMP设备、CMP材料（44页）

行业报告下载 2022年06月21日 13:18 管理员

CMP 设备主要依托 CMP 技术的化学-机械动态耦合作用原理，通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化（全局平整落差 5nm 以内的超高平整度）。CMP 抛光过程可以分为化学过程和物理过程。化学过程指：研磨液中化学成分与硅片表面材料产生化学反应，通过将不溶物转化为易溶物或软化高硬度物质，生成比较容易去除的物质。物理过程指：研磨液中的磨粒与硅片表面材料发生机械物理摩擦，从硅片表面去除这些化学反应物，溶入流动的液体中带走。CMP 材料主要包括抛光液、抛光垫、钻石碟、清洗液等，对 CMP 工艺效应均有关键影响。 1. CMP 抛光垫：主要作用是储存和运输抛光液、去除磨屑和维持稳定的抛光环境等； 2. CMP 抛光液：是研磨材料和化学添加剂的混合物，可使晶圆表面产生一层氧化膜，再由抛光液中的磨粒去除，达到抛光的目的。 3. CMP 钻石碟：是 CMP 工艺中必不可少的耗材，用于维持抛光垫表面一定的粗糙状态，通常与 CMP 抛光垫配套使用。 4. CMP 清洗液：主要用于去除残留在晶圆表面的微尘颗粒、有机物、无机物、金属离子、氧化物等杂质，满足集成电路制造对清洁度的极高要求，对晶圆生产的良率起到了重要的作用。

CMP 设备是 CMP 技术应用的载体，集摩擦学、表/界面力学、分子动力学、精密制造、化学化工、智能控制等多领城最先进技术于一体，是集成电路制造设备中较为复杂和研制难度较大的设备之一。同时，由于铜连线在微处理器生产中广泛引用，因此唯一能够抛光铜金属层的 CMP 设备更成为芯片制造厂商必需的重要工具。当前 CMP 已经广泛应用于集成电路制造中对各种材料的高精度抛光。按照被抛光的材料类型，具体可以划分为三大类：（1）衬底：主要是硅材料。（2）金属：包括 Al/Cu 金属互联层，Ta/Ti/TiN/TiNxCy 等扩散阻挡层、粘附层。（3）介质：包括 SiO2/BPSG/PSG 等 ILD（层间介质），SI3N4/SiOxNy 等钝化层、阻挡层。在 0.25μm 节点后的 Al 布线和进入 0.13μm 节点后的 Cu 布线，CMP 技术的重要性持续凸显： 90~65nm 节点：随着铜互连技术和低 k 介质（一种绝缘材料）的广泛采用，浅槽隔离(STI)、绝缘膜、铜互连层是 CMP 的主要研磨对象。 28nm 节点：逻辑器件的晶体管中引入高 k 金属栅结构（HKMG），因而同时引入了两个关键的平坦化应用，包括虚拟栅开口 CMP 工艺和替代金属栅 CMP 工艺。 32nm 及 22nm 节点：铜互连低 k 介质集成的 CMP 工艺技术支持 32nm 和 22nm 器件的量产，其中开始出现的 FinFET 晶体管添加了虚拟栅平坦化工艺，这是实现后续 3D 结构刻蚀的关键技术。