CMP工艺中的缺陷类型

文章来源：老虎说芯

原文作者：老虎说芯

本文介绍了半导体制造中平坦化工艺存在的缺陷。

CMP是半导体制造中关键的平坦化工艺，它通过机械磨削和化学腐蚀相结合的方式，去除材料以实现平坦化。然而，由于其复杂性，CMP工艺中可能会出现多种缺陷。这些缺陷通常可以分为机械、化学和表面特性相关的类别。

CMP工艺中的缺陷多种多样，涵盖了机械、化学以及表面特性等多个方面。这些缺陷不仅会影响当前的平坦化效果，还会对后续的集成电路制造工艺产生深远的影响。通过深入理解这些缺陷的成因，并采取针对性的工艺优化措施，可以显著提高CMP工艺的良率和可靠性。

1. 机械相关的缺陷

划痕（Scratches）：

原因：划痕是CMP工艺中最常见的机械缺陷之一。它通常是由于抛光液中的大颗粒或抛光垫上的硬质杂质在研磨过程中对晶圆表面造成的。

影响：划痕会导致晶圆表面的结构受损，可能影响后续的光刻和蚀刻工艺，导致电路失效。

控制措施：可以通过使用更高纯度的抛光液、更频繁地更换抛光垫、以及优化工艺参数来减少划痕的产生。

颗粒沾污（Particle Contamination）：

原因：在CMP过程中，抛光液中的颗粒物可能附着在晶圆表面，无法完全清除。

影响：这些颗粒可能会成为电路失效的种子，尤其是在后续工艺中，可能导致短路或开路等问题。

控制措施：通过优化清洗步骤、使用高效过滤系统、以及优化抛光液的成分可以减少颗粒沾污。

2. 化学相关的缺陷

非均匀腐蚀（Non-uniform Etching）：

原因：在CMP过程中，如果抛光液的化学成分分布不均，或是化学反应速度不均匀，可能导致晶圆表面局部腐蚀程度不同。

影响：非均匀腐蚀会导致表面平整度差，从而影响后续光刻精度，最终影响器件性能。

控制措施：通过优化抛光液的成分、流速、以及抛光垫的压力分布，可以提高腐蚀的均匀性。

表面化学污染（Surface Chemical Contamination）：

原因：抛光液或抛光垫中含有的化学物质可能在CMP后残留在晶圆表面。

影响：这些残留化学物质可能导致后续工艺中的缺陷，例如光刻胶无法正常涂覆或蚀刻不均匀。

控制措施：通过优化清洗工艺、使用适当的化学清洗剂、以及控制抛光液的化学成分，可以减少表面化学污染。

3. 表面特性相关的缺陷

全局平坦度问题（Global Planarity Issues）：

原因：全局平坦度问题可能由于CMP过程中材料去除不均匀、抛光垫磨损不均或压力分布不均导致。

影响：全局平坦度问题会影响整个晶圆的平整度，从而影响后续多层布线工艺的精度。

控制措施：可以通过优化抛光垫的选择、调节压力分布、以及实时监控材料去除速率来改善全局平坦度。

表面粗糙度（Surface Roughness）：

原因：CMP过程中，如果抛光垫或抛光液的特性不合适，可能导致晶圆表面出现微小的粗糙度。

影响：表面粗糙度过大会影响后续光刻工艺的分辨率，导致器件性能下降。

控制措施：通过选择合适的抛光垫和抛光液、优化抛光参数，可以降低表面粗糙度。