晶圓為什么要拋光？

為什么要把晶圓打磨的這么光滑？

晶圓的最終命運是被切成一枚枚芯片（die)，封裝在暗無天日的小盒子里，只露出幾枚引腳，芯片會看閾值，阻值，電流值，電壓值，就是沒人看它的顏值，我們在制程中，反復給晶圓打磨拋光，還是為了滿足生產(chǎn)中的平坦化需要，尤其是在每次做光刻時，晶圓的表面一定要極致的平坦，這是因為隨著芯片制程的縮小，光刻機的鏡頭要實現(xiàn)納米級的成像分辨率，就得拼命增大鏡片的數(shù)值孔徑（Numerical Aperture)，但這同時會導致焦深（DoF）的下降，焦深是指光學成像的聚焦深度，要想保證光刻圖像清晰不失焦，晶圓表面的高低起伏，就必須落在焦深范圍之內(nèi)。

簡單說就是光刻機為了提高成像精度，犧牲了對焦能力，像新一代的EUV光刻機，數(shù)值孔徑0.55，但垂直方向上的焦深，總共只有45納米，光刻時的最佳成像區(qū)間則會更小。假如放上去的晶圓不夠平坦，厚度不平均，表面有起伏，就會導致高低處的光刻出問題。

當然也不只有光刻才會要求晶圓表面的絲滑，還有很多造芯片的工序，都需要打磨晶圓，濕法刻蝕后要打磨，緊致腐蝕的粗糙面，方便涂膠沉積，淺槽隔離（STI）后要打磨，磨平多余的氧化硅完成溝槽填充，金屬沉積后要打磨，去除溢出的金屬層，防止器件短路。

因此一枚芯片的誕生，中間要經(jīng)歷很多次打磨來降低晶圓的粗糙度和高低起伏，去除表面多余的物質(zhì)，另外晶圓上各種工藝問題，導致的表面缺陷（defect)，經(jīng)常也要等到每次打磨完成后，才會暴露出來，所以負責研磨的工程師責任重大，他們既是芯片制程中承上啟下的C位，也是生產(chǎn)會議中接盤背鍋的T位，他們既要會濕法刻蝕，又得懂物理輸出，因為芯片廠最主要的拋光技術。

晶圓的拋光方法有哪些？

拋光工藝根據(jù)拋光液和硅片表面間的作用在原理上可分為以下3大類?

1.機械拋光法

機械拋光是靠切削、材料表面塑性變形去掉被拋光后的凸部而得到平滑面的拋光方法，一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等，以手工操作為主，特殊零件如回轉體表面，可使用轉臺等輔助工具，表面質(zhì)量要求高的可采用超精研拋的方法。超精研拋是采用特制的磨具，在含有磨料的研拋液中，緊壓在工件被加工表面上，作高速旋轉運動。利用該技術可以達到Ra0.008μm的表面粗糙度，是各種拋光方法中高的。光學鏡片模具常采用這種方法。

2.化學拋光法

化學拋光是讓材料在化學介質(zhì)中表面微觀凸出的部分較凹部分優(yōu)先溶解，從而得到平滑面。這種方法的主要優(yōu)點是不需復雜設備，可以拋光形狀復雜的工件，可以同時拋光很多工件，效率高?；瘜W拋光的核心問題是拋光液的配制?；瘜W拋光得到的表面粗糙度一般為數(shù)10μm。

3.化學機械拋光法(CMP)

前兩種拋光法都有自己獨特的優(yōu)點，若將這兩種方法結合起來，則可在工藝上達到優(yōu)缺互補的效果。化學機械拋光采用將機械摩擦和化學腐蝕相結合的工藝，在CMP工作過程中，CMP用的拋光液中的化學試劑將使被拋光基底材料氧化，生成一層較軟的氧化膜層，然后再通過機械摩擦作用去除氧化膜層，這樣通過反復的氧化成膜-機械去除過程，從而達到了有效拋光的目的。

當前化學機械拋光（CMP）領域面臨一些挑戰(zhàn)和問題，這些問題包括技術性、經(jīng)濟性和環(huán)境可持續(xù)性等方面：

（1）工藝一致性：實現(xiàn)CMP過程的高度一致性仍然是一個挑戰(zhàn)。即使在同一生產(chǎn)線上，不同批次之間或不同設備之間的工藝參數(shù)可能存在微小差異，影響最終產(chǎn)品的一致性。

（2）新材料適應性:隨著新材料的不斷涌現(xiàn)，CMP技術需要不斷適應新材料的特性。一些先進材料可能對傳統(tǒng)CMP工藝不夠兼容，需要開發(fā)適應性更強的拋光液和磨料。

（3）尺寸效應：隨著半導體器件尺寸的不斷縮小，尺寸效應帶來的問題變得更為顯著。在微小尺寸下，表面平整度的要求更高，因此需要更精密的CMP工藝。

（4）材料去除率控制：在一些應用中，對不同材料的精確去除率控制變得尤為關鍵。確保不同層材料在CMP過程中的去除率一致性對于制造高性能器件至關重要。

（5）環(huán)境友好:CMP過程中使用的拋光液體和磨料可能包含一些環(huán)境有害的成分。研究和開發(fā)更環(huán)保、可持續(xù)的CMP工藝和材料是一個重要的挑戰(zhàn)。

（6）智能化與自動化:CMP系統(tǒng)的智能化和自動化程度逐漸提高，但仍需應對復雜多變的生產(chǎn)環(huán)境。如何實現(xiàn)更高程度的自動化和智能監(jiān)測，以提高生產(chǎn)效率，是一個需要解決的問題。

（7）成本控制：CMP工藝涉及到高昂的設備和材料成本。制造商需要在提高工藝性能的同時，努力降低生產(chǎn)成本，以保持市場競爭力。

來源：半導體材料與工藝設備