文章來源：老虎說芯

原文作者：老虎說芯

本文介紹了半導(dǎo)體制造中平坦化工藝存在的缺陷。

CMP是半導(dǎo)體制造中關(guān)鍵的平坦化工藝，它通過機械磨削和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的方式，去除材料以實現(xiàn)平坦化。然而，由于其復(fù)雜性，CMP工藝中可能會出現(xiàn)多種缺陷。這些缺陷通常可以分為機械、化學(xué)和表面特性相關(guān)的類別。

CMP工藝中的缺陷多種多樣，涵蓋了機械、化學(xué)以及表面特性等多個方面。這些缺陷不僅會影響當(dāng)前的平坦化效果，還會對后續(xù)的集成電路制造工藝產(chǎn)生深遠的影響。通過深入理解這些缺陷的成因，并采取針對性的工藝優(yōu)化措施，可以顯著提高CMP工藝的良率和可靠性。

1. 機械相關(guān)的缺陷

劃痕（Scratches）：

原因：劃痕是CMP工藝中最常見的機械缺陷之一。它通常是由于拋光液中的大顆粒或拋光墊上的硬質(zhì)雜質(zhì)在研磨過程中對晶圓表面造成的。

影響：劃痕會導(dǎo)致晶圓表面的結(jié)構(gòu)受損，可能影響后續(xù)的光刻和蝕刻工藝，導(dǎo)致電路失效。

控制措施：可以通過使用更高純度的拋光液、更頻繁地更換拋光墊、以及優(yōu)化工藝參數(shù)來減少劃痕的產(chǎn)生。

顆粒沾污（Particle Contamination）：

原因：在CMP過程中，拋光液中的顆粒物可能附著在晶圓表面，無法完全清除。

影響：這些顆粒可能會成為電路失效的種子，尤其是在后續(xù)工藝中，可能導(dǎo)致短路或開路等問題。

控制措施：通過優(yōu)化清洗步驟、使用高效過濾系統(tǒng)、以及優(yōu)化拋光液的成分可以減少顆粒沾污。

2. 化學(xué)相關(guān)的缺陷

非均勻腐蝕（Non-uniform Etching）：

原因：在CMP過程中，如果拋光液的化學(xué)成分分布不均，或是化學(xué)反應(yīng)速度不均勻，可能導(dǎo)致晶圓表面局部腐蝕程度不同。

影響：非均勻腐蝕會導(dǎo)致表面平整度差，從而影響后續(xù)光刻精度，最終影響器件性能。

控制措施：通過優(yōu)化拋光液的成分、流速、以及拋光墊的壓力分布，可以提高腐蝕的均勻性。

表面化學(xué)污染（Surface Chemical Contamination）：

原因：拋光液或拋光墊中含有的化學(xué)物質(zhì)可能在CMP后殘留在晶圓表面。

影響：這些殘留化學(xué)物質(zhì)可能導(dǎo)致后續(xù)工藝中的缺陷，例如光刻膠無法正常涂覆或蝕刻不均勻。

控制措施：通過優(yōu)化清洗工藝、使用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)清洗劑、以及控制拋光液的化學(xué)成分，可以減少表面化學(xué)污染。

3. 表面特性相關(guān)的缺陷

全局平坦度問題（Global Planarity Issues）：

原因：全局平坦度問題可能由于CMP過程中材料去除不均勻、拋光墊磨損不均或壓力分布不均導(dǎo)致。

影響：全局平坦度問題會影響整個晶圓的平整度，從而影響后續(xù)多層布線工藝的精度。

控制措施：可以通過優(yōu)化拋光墊的選擇、調(diào)節(jié)壓力分布、以及實時監(jiān)控材料去除速率來改善全局平坦度。

表面粗糙度（Surface Roughness）：

原因：CMP過程中，如果拋光墊或拋光液的特性不合適，可能導(dǎo)致晶圓表面出現(xiàn)微小的粗糙度。

影響：表面粗糙度過大會影響后續(xù)光刻工藝的分辨率，導(dǎo)致器件性能下降。

控制措施：通過選擇合適的拋光墊和拋光液、優(yōu)化拋光參數(shù)，可以降低表面粗糙度。