化学机械抛光行业报告，晶圆平坦化，CMP设备、CMP材料（44页）

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。