化学机械研磨（CMP）是一种移除工艺技术，这种技术结合化学反应和机械研磨去除沉积的薄膜，使表面更平滑和平坦。CMP技术也被用于移除表面上大量的电介质薄膜，并在硅衬底上形成浅沟槽隔离（STI）,还可以从晶圆表面移除大量金属薄膜而在电介质薄膜中形成金属连线栓塞或金属线。本章还将讨论CMP工艺流程。

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简介

当晶圆从单晶硅棒切割下来后，需要很多工艺过程获得平坦、光滑和无缺陷的晶圆表面以满足集成电路的需要。除了晶圆边缘磨圆、粗磨以及刻蚀外，在晶圆生产的最后一步还需要使用化学机械研磨（CMP）工艺，这样可以使晶圆平坦，并且可以从表面完全消除因晶圆切割形成的表面缺陷。然而，对已经形成有数百万个微电子器件的晶圆，需要采用CMP工艺在晶圆上进行金属层间电介质（ILD）平坦化。

一般情况下，严格禁止在半导体工艺线上直接与晶圆表面接触。原因很简单，任何直接接触都会产生缺陷与粒子，这样不但降低集成电路芯片的成品率，同时也会使集成电路生产的效益降低。CMP工艺过程中，晶圆表面不仅被向下托住而且也被强压力压在旋转的研磨衬垫上,同时整个过程是在碱性或酸性的研磨浆中完成的。这些研磨浆包含了大量的二氧化硅或氧化铝颗粒。CMP技术能够根据设计把晶圆表面平坦化，同时也能减少缺陷的密度并提高集成电路芯片成品率。

随着CMP技术的成熟，大部分集成电路公司已经釆用化学机械研磨技术，现在CMP已经是半导体生产中标准的工艺。本章将阐述CMP的发展历史、优点以及这种技术的应用。

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CMP技术的发展

从20世纪80年代开始，已经需要使用两种以上的金属层连接集成电路芯片上数量急增的晶体管，而最大的挑战之一就是金属层间电介质的平坦化。在粗糙的表面用光刻技术使微小图形达到高的解析度很困难，这是因为光学系统受景深条件限制。粗糙的电介质表面也会引起金属化问题，因为这时的金属PVD工艺有较差的侧壁阶梯覆盖。侧壁上的金属线越薄,电流密度也就越高，从而更容易造成电迁移问题。

下图显示了IC制造流程示意图，可以看出CMP工艺是一个非常重要的部分。一般情况下晶圆的CMP工艺开始于薄膜工艺，无论是电介质薄膜沉积或金属薄膜沉积。大多数情况下，晶圆从CMP反应室传输到光刻工艺室或薄膜工艺室。半导体工艺要求CMP工艺后或者是光刻工艺，或者是金属薄膜沉积工艺，金属CMP工艺后仅仅进行介电薄膜沉积。

CMP在IC工艺中的应用

有几种电介质平坦化的方法已被采用，如加热流动技术、溅射回刻蚀技术、光刻胶回刻蚀技术以及自旋涂敷氧化硅（SOG）回刻蚀技术。电介质CMP工艺是在20世纪80年代中期由IBM公司发展并作为电介质平坦化的一种技术。事实上，在半导体工业中有许多人仍然使用CMP这个缩写代表化学机械平坦化技术。

钙材料一直用于形成金属栓塞连接不同的导电层。CVD鸨可以填充非常小的接触窗和金属层间连接孔，而且也能覆盖整个晶圆表面。为了从表面移除大量钨薄膜形成钙栓塞，氟等离子体回刻蚀工艺已经被发展起来并且广泛应用在集成电路制造上。钨化学机械研磨（WCMP）工艺也被发展用于进行大量钙移除，而且WCMP正快速取代栓塞形成工艺中的钨回刻蚀技术,因为这种技术可以提高成品率。

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