本章的典型案例为晶圆化学-机械复合抛光工艺,如图3-14所示。
图3-14 晶圆化学-机械复合抛光设备及工艺示意
■应用背景: 随着半导体工业的迅猛发展,集成电路的集成度越来越高,电子元器件的尺寸越来越小。同时,为了降低生产成本、提高生产率,晶片的直径越来越大,晶片表面的平整度要求越来越高,已达到纳米级水平。传统的平坦化技术仅能实现局部平坦化,对于微小尺寸特征的电子元器件,必须对其进行全局平坦化才能满足晶片的使用要求。
■加工要求: 半导体单晶片表面平整度要求高、不能产生翘曲变形,表面呈镜面效果,没有磨纹、裂纹和凹坑等缺陷,表面粗糙度 Ra 小于2nm,表面平整度小于50nm。
■加工方法选择分析: 早期半导体晶片抛光大都沿用机械抛光,加工得到的镜面表面损伤极其严重,也无法实现大尺寸晶片的全局平坦化抛光要求。采用化学-机械抛光在获得较高表面质量的同时,还能兼顾一定的抛光效率。因此,化学-机械抛光是目前能够实现晶片全局平坦化抛光的唯一方式。
■加工效果: 化学-机械抛光技术综合了化学抛光和机械抛光的优势,克服了纯化学抛光过程中的表面平整度和平行度差的问题,也克服了纯机械抛光过程中表面质量不佳、损伤层厚度大的缺点,实现了大尺寸晶片(200mm)表面多余材料的高效去除与纳米级全局平坦化,表面粗糙度 Ra 小于1nm。