一文读懂化学机械抛光（CMP）

化学机械抛光

在超大规模集成电路制造中，化学机械抛光（CMP）作为实现晶圆全局平坦化的核心技术，其重要性随制程节点推进而愈发凸显。

完全平坦化的化学机械拋光(CMP)技术

随着器件特征尺寸向纳米级演进，晶圆表面微米级甚至亚微米级的凹凸差异将直接导致薄膜沉积台阶覆盖率劣化、光刻焦深不足等致命缺陷，进而引发开路故障、良率衰减及可靠性退化。

CMP通过协同化学反应与机械研磨的双重作用机制，在纳米尺度下实现表面形貌的精准调控——其工艺本质在于利用浆料中的纳米磨料颗粒（如二氧化硅、氧化铝、二氧化铈等）与晶圆表面发生物理刮擦，同时通过碱性/酸性添加剂引发表面化学腐蚀，形成软化的反应层，最终通过机械去除实现原子级平坦化。

晶圆表面抛光技术

从工艺实施维度看，CMP设备采用旋转主轴与抛光台对向运动的结构设计，晶圆以负压吸附于载具头，在浆料持续供给下与抛光垫接触并产生相对运动。抛光垫材质需兼顾硬度、孔隙率及自修复能力，通常采用聚氨酯泡沫或无纺布基材，并需通过金刚石修整器实时修整以维持表面粗糙度一致性。

浆料配方则需根据目标薄膜材料特性定制：绝缘膜系列（如SiO₂、BPSG）多选用高pH值硅溶胶体系，通过硅酸根离子与氧化膜表面硅醇键的化学吸附增强去除速率；金属布线系列（如铜、钨）则需引入螯合剂、抑制剂等添加剂，以平衡金属腐蚀速率与选择性，避免对阻挡层（如Ta/TaN）的过度侵蚀。

当前先进制程中，CMP已从传统的绝缘膜/金属膜平坦化扩展至三维集成结构（如3D NAND堆叠层、FinFET鳍片）及先进封装（如扇出型晶圆级封装RDL）的精密平坦化需求。例如，在铜互连大马士革工艺中，通过双面抛光技术实现层间介质与铜导线的协同平坦化；在钨栓塞填充后，采用高选择性浆料完成通孔顶部的无凹陷抛光。

近年来，随着环保与成本压力加剧，行业正推动无氟浆料、可回收抛光垫等绿色工艺开发，同时通过实时终点检测（如光学干涉、电导率监测）与闭环控制算法实现工艺窗口的精准调控。这些技术迭代不仅保障了纳米级制程的工艺稳定性，更为三维晶体管、硅通孔（TSV）等创新结构提供了关键工艺支撑，持续推动半导体制造向更高集成度、更低功耗方向演进。

来源：学习那些事

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