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半導體材料行業專題報告:CMP核心材料迎來國產化加速期(2)

發布時間:2020年05月14日 06:37 來源:網絡搜索 手機版

單晶硅片:硅片在經歷拉晶、切割和研磨之后,需要進行通過化學腐蝕減薄,此 時粗糙度達到 10~20um 左右,再進行一系列粗拋光、細拋光、精拋光等步驟, 可將粗糙度控制在幾十個 nm 以內,這樣表面才可以達到集成電路的要求。

多層金屬布線層:集成電路元件采用多層立體布線后,光刻工藝中對解析度和 焦點深度(景深)的限制越來越高,因此需要刻蝕的每一層都需要有很高的全 局平整度,即要求保證每層全局平坦化,通常要求每層的全局平整度不大于特 征尺寸的 2/3。12 寸大硅片在加工過程中出現的非均勻效應、翹曲形變效應,使 得CMP 工藝在解決平坦化問題上尤為重要。多層布線條件下,任何一層導線和絕 緣介質的厚度變化都會影響整顆芯片的電學穩定性,只有在 CMP 工藝下才能將其 厚度變化控制在納米級別范圍。同時,CMP 可以免除由于介質層臺階所需的過曝 光、過顯影、過刻蝕,在一定程度上減少了缺陷密度、提高了制程良率。

CMP 平坦化工藝使用的環節包括:氧化硅薄膜、層間絕緣膜(ILD)、淺溝槽隔 離(STI)、多晶硅和金屬膜(如 Al,Cu)等。

CMP 技術最早使用在氧化硅拋光中,是用來進行層間介質(ILD)的全局平坦 的,在半導體進入 0.35μm 節點之后,CMP 更廣泛地應用在金屬鎢、銅、多 晶硅等的平坦化工藝中。隨著金屬布線層數的增多,需要進行 CMP 拋光的步 驟也越多。下文舉例說明集中 CMP 工藝的不同特點:

氧化硅薄膜的 CMP:氧化硅多應用于做絕緣膜或隔離層,因此氧化硅層的平整度 將影響往后數層的制造、導線的連接及定位的工作。通常氧化硅層多以 CVD(化 學汽相沉積)的方法沉積,因此會有過多的堆積層需要以CMP 的方式去除,此過 程沒有明顯的停止終點,以去除薄膜的厚度為標準,只需達到平整度要求即可。

層間絕緣膜的 CMP:在層間絕緣膜的平整化方面,拋光對象有電漿輔助化學汽相 沉積膜、硼磷硅玻璃及熱氧化膜等。每一種對象的CMP 拋光條件都隨著拋光液種 類、拋光壓力與拋光時間而有所不同。在對不同特性的絕緣膜拋光時,大多以監測拋光終點來判定完成與否。

淺溝槽隔離的>

多晶硅的 CMP:將 STI 過程的溝槽加深,以 CVD 方式沉積氧化硅或氮化硅后, 再以多晶硅作為堆積材料,用 CMP 去除深溝外多余的多晶硅,并以在硅晶片上及 溝槽內長成的氧化硅或氮化硅膜作為 CMP 的拋光停止層即終點,此方法常見于溝 槽電容的制造過程中。

金屬膜的>

拋光墊決定 CMP 基礎效果,重要性持續提升

CMP 主要由拋光墊、拋光液、調節器等部分組成;瘜W機械拋光技術是化學作用 和機械作用相結合的組合技術,旋轉的晶圓以一定的壓力壓在旋轉的拋光墊上,拋 光液在晶圓與拋光墊之間流動,并產生化學反應。晶圓表面形成的化學反應物由漂 浮在拋光液中的磨粒通過機械作用將這層氧化薄膜去除,在化學成膜和機械去膜的 交替過程中實現超精密表面加工。

從價值量占比可以看到,CMP 材料是芯片制造的核心耗材,占芯片制造成本約 7%,其中拋光墊價值量占 CMP 耗材的 33%左右。拆解晶圓制造成本進行,CMP 材料占比較大,約為 6.7%。價值量與光刻膠相近。其中拋光液和拋光墊是最核 心的材料,占比分別為 49%和 33%。

拋光墊決定了 CMP工藝的基礎拋光效果,并結合設備操作過程、硅片、拋光液等 因素,共同影響 CMP拋光結果和效率。我們一般從平均磨除率、平整度和均勻性、 選擇比和表面缺陷四個維度來評判拋光效果。為了更好控制拋光過程,需要詳細了 解CMP 系統中參數所起的作用以及它們之間微妙的交互作用。其中,拋光墊的物 理化學等性能在 CMP 工藝中發揮了重要的作用。 http://www.fyeahblog.com/chaogufangfa/181485.html

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