【嘉勤點評】華虹半導體發明的優化CMP清洗能力的技術方案，避免了絡合物在接觸孔處聚集，在進行化學機械平坦化時減少了缺陷的形成，從而避免影響產品良率。優化之後的結果與良率結果均符合要求，也證明瞭該方案具有高度產業利用價值。
集微網消息，化學機械平坦化（CMP），又稱化學機械研磨，是半導體器件製造工藝中的一種技術，使用化學腐蝕及機械力對加工過程中的硅晶圓或襯底材料進行平坦化處理。
當鎢這種材料在進行化學機械平坦化時，會反應產生鎢的氧化物。現有技術中利用鎢的氧化物在強酸環境下可溶解的特性，輔以機械作用以達到研磨的目的，在對晶圓進行採用酸性研磨液進行粗研磨後，這樣就使得鎢粗研磨副產物與精研磨（鹼性）的研磨液反應形成的絡合物殘留。
進入55納米技術節點後，填充工藝面臨更大的挑戰：接觸孔的深寬比會超過6：1，高濃度等離子體工藝（HDP）已經不能滿足填充需求。因此在55納米開始使用高深寬比工藝（HARP）替代高濃度等離子體形成層。
而高深寬比工藝膜質比高濃度等離子體工藝研磨率快，從而在接觸孔處的鎢形成一定形貌，容易使研磨副產物集聚。一般的清洗不能將其有效清除，在後續的處理過程中會形成缺陷，進而影響產品良率。
為此，華虹半導體在2021年12月16日申請了一項名為“優化CMP清洗能力的方法”的發明專利（申請號：202111544391.X），申請人為華虹半導體（無錫）有限公司。
根據該專利目前公開的相關資料，讓我們一起來看看這項技術方案吧。
如上圖，為該專利中發明的優化CMP清洗能力的方法示意圖。首先，準備好晶圓和研磨裝置，晶圓在經過前端工藝形成所需的結構後，需要在後端工藝中形成有接觸孔，且接觸孔填充有導電金屬與晶圓上的結構形成歐姆接觸。
研磨裝置為CMP研磨裝置，該裝置包括研磨頭和研磨墊。在需要對晶圓進行研磨時，將晶圓置於研磨墊上，採用研磨頭配合研磨液對晶圓進行研磨，研磨液為鹼性研磨液和酸性研磨液。
在傳統技術中，通常採用高密度等離子體（HDP）化學氣象沉澱法來進行沉澱，但是當集成電路發展到55nm技術節點時，HDP技術已經不能滿足小尺寸溝槽的填充需求。因此人們發明瞭一種新的填充工藝技術即高深寬比工藝（HARP）。
HARP工藝沒有等離子體的助,同時需要溝槽具有特定的形貌，如特定角度的V字形溝槽。所以需要使用HARP替代HDP，而HARP膜質比HDP研磨率快，從而在接觸孔處的鎢形成一定形貌，容易使研磨副產物集聚。
其次，對晶圓進行採用酸性研磨液的第一研磨，該過程為粗研磨，用於去除大塊導電金屬。其中晶圓與酸性研磨液反應生成副產物，副產物為導電金屬的氧化物與鹼性溶液發生反應產生的絡合物。通過對晶圓的清洗，可以去除晶圓上的酸性研磨液和副產物，從而避免副產物和之後的鹼性溶液發生反應生成絡合物。
最後，利用鹼性研磨液再對晶圓進行二次研磨，這次的研磨為精研磨，用於對氧化物進行修復，從而使導電金屬凸出。
如上圖，為採用該方法後的良率檢測示意圖。從中可以看到，晶圓經過化學機械平坦後，避免了在鎢上聚集絡合物，減少了缺陷，產品良率顯著提升。此外，該專利中說明，上圖中組件的數目、形狀和尺寸僅為示例性說明，在實際的應用時，組件的佈局型態將會更加復雜。
以上就是華虹半導體發明的優化CMP清洗能力的技術方案，該方案避免了絡合物在接觸孔處聚集，在進行化學機械平坦化時減少了缺陷的形成。從而避免影響產品良率，優化之後的結果與良率結果均符合要求，也證明瞭該方案具有高度產業利用價值。
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（校對/holly）