化学机械平坦化：原理、机制与先进节点集成

化学机械平坦化（CMP）结合表面化学与机械接触去除材料、降低晶圆形貌差。去除行为取决于材料、抛光垫、浆料、运动及局部图形密度；高处通常优先去除，但不会自动获得完全全局平面。本文解释垫—浆料—晶圆的相互作用及所链接的 STI 和介质 CMP 工位。

CMP 在流程中的作用位置

免费 40nm BSI CMOS Image Sensor 流程命名两个 CMP 工位。公开截面提供集成背景，不是平整度量测：

1. 隔离抛光：STI CMP位于沟槽填充后；图解没有量测最终高度与场区的关系。
2. 介质抛光：PMD 3 CMP是后续金属前介质实例；图解没有标明抛光垫或浆料。

每一步都在 40nm 流程总览中公开呈现流程示意截面;该流程免费。

物理与机制

CMP 结合化学表面反应，以及晶圆、抛光垫和浆料之间的机械接触。Preston 型压力—速度关系在某些条件下是有用近似 [T1]，实际去除速率还受局部图形、耗材和材料响应影响。高处可能与抛光垫接触更强，但不能保证全片完全平整。

CMP 划伤综述讨论接触及耗材如何产生缺陷 [P1]。另一项铜 CMP 实验比较电化学腐蚀与总去除量，发现其测试条件下多数铜由滑动磨粒移除 [P3]。化学仍会改变表面及其机械响应。这一结果未经量测不能推广到氧化物、STI、PMD 或其他铜浆料。

终点控制可采用时间、在线信号或抛后量测，取决于工位。所链接 STI CMP 与 PMD 3 CMP 截面确认抛光位置，却没有给出浆料、停止材料、终点方法或实测去除剖面。

工艺原则

• 指定材料对：去除及选择比取决于薄膜和浆料，不能只看 CMP 标签。
• 量测局部与全片结果：厚度、碟陷、侵蚀和划伤是不同输出 [P1]。
• 限定去除模型：压力—速度近似 [T1]和铜实验 [P3]适用于各自说明的条件。
• 核实终点：已命名 CMP 步骤不揭示停止方式。

挑战与失效模式

可能的问题包括划伤、残留、碟陷、侵蚀及相邻薄膜的意外损失 [P1]。发生率取决于具体工位，须通过检查确认。铜去除机制研究 [P3]未量化所链接 40nm 步骤的这些缺陷。

从原理到生产流程

CMP 集成通常考虑抛光垫准备、针对材料的抛光、终点控制、抛后清洗和结果核验；具体做法取决于实际叠层。公开 40nm 流程总览展示两个具名 CMP 工位，未记录这些控制细节。体系的浆料半边见 CMP 浆料与磨料;其站台所属的模块地图见平坦化与 CMP 集成综述;它服务的均匀性学科见均匀性;收口模块的抛光后清洗见湿法清洗。

节点演进

材料和几何变化可能要求不同浆料、抛光垫、终点及缺陷控制。所链接两个 CMP 工位是同一流程中的实例，并非跨节点抛光表现的实测历史。

相关工艺

相关主题包括CMP 浆料与磨料、平坦化、均匀性和抛后清洗。具体关系取决于材料叠层及 CMP 工位。

展望

更好的终点感测及针对材料的模型可能改善控制；价值须用所选叠层的实测厚度、缺陷和器件结果验证。