芯耀
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一、CMP到底是干嘛的？为什么半导体离不开它？
CMP = Chemical Mechanical Polishing（化学机械抛光），也叫化学机械平坦化。
简单说：它就是半导体制造里的“磨地板神器”。
现在芯片都是多层布线（10层、20层金属很常见），每做完一层介质（氧化物或Low-k），表面都会高低不平，下一层金属填进去会出各种问题。CMP就是要把这层“地板”磨得跟镜子一样平（全局平坦度做到几纳米以内），否则后面光刻、对准、填金属全完蛋。
没有CMP，90nm以下工艺根本玩不下去，它是实现多层互连的绝对核心工艺。
二、CMP到底在磨什么？典型应用场景
- STI CMP（浅沟槽隔离）
填完HDP氧化物后，把多余的氧化物磨掉，只留下沟槽里的部分，形成隔离。
- 聚硅栅CMP（Gate Last工艺里常用）
高K金属栅时代，常用Replacement Metal Gate，磨掉多余金属和聚硅。
- ILD CMP（层间介质抛光）
每层金属前的氧化物平坦化，最常见的。
- 铜互连CMP（Damascene工艺核心）
最复杂、最赚钱的CMP！
电镀完厚厚一层铜后，先把凸出来的铜全部磨掉（铜清除），停在阻挡层（Ta/TaN）上；然后再把阻挡层和部分介质一起磨掉（Barrier CMP），最终形成平坦的铜线。
- W-CMP（钨栓抛光
早年接触孔、Via用钨填，现在还会在某些地方用到。
- 新材料CMP
如Co（钴互连）、Ru（钌）、Mo（钼）、SiGe、III-V族等等，先进节点越来越多。
三、CMP的原理：化学 + 机械 双管齐下
别看就叫一个“抛光”，其实是化学腐蚀 + 机械磨除同时进行：
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- 抛光液（Slurry）里含有：
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- 氧化剂（H₂O₂最常见）→ 把铜氧化成CuO/Cu₂O，变软纳米磨粒（SiO₂、Al₂O₃、CeO₂等）→ 机械刮除络合剂、腐蚀抑制剂、pH调节剂 → 控制反应速度和选择比
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机械部分靠：抛光垫（Polyurethane材质，有沟槽）旋转的抛光头（Wafer被真空吸住，倒扣在垫子上）下压力（Down Force，通常几psi）
化学让材料变软，机械把它刮走，两者缺一不可。
只化学会腐蚀过度，只机械会严重划伤。
四、CMP设备长什么样？核心部件逐个讲
主流CMP设备：Applied Materials Reflexion LK、Ebara FREX、Lam Research等。
一台典型12英寸CMP设备结构：
1、4个抛光头（Head）
每个Head可以独立加压、转速控制，带着晶圆倒扣在垫子上旋转。
2、3~4个抛光盘（Platen）
每个盘贴一块大抛光垫，Platen 1磨铜，Platen 2磨Barrier，Platen 3清洗或Buffing。
3、抛光液供应系统（Slurry Delivery）
大桶浆料 + 管路 + 喷嘴，流量要精确到ml/min。
4、修垫器（Conditioner/Disk）
上面镶满金刚石颗粒，实时刮抛光垫表面，防止垫子“釉化”（glazing），保持粗糙度。
5、终点检测系统（Endpoint Detection）
5、后清洗模块（Post-CMP Clean）
兆声清洗 + 刷洗 + Marangoni干燥，务必把残留磨粒、浆料彻底洗干净，否则缺陷爆炸。
五、CMP最难的几个技术痛点（工艺工程师最头疼的）
1、划伤（Scratch）
大颗粒、浆料结块、修垫盘掉金刚石都会造成致命划伤。
2、腐蚀（Dishing & Erosion）
铜线中心下陷（Dishing）、密集区介质磨太多（Erosion），导致电阻上升和可靠性问题。
3、残留（Residue）
铜、Ta、磨粒残留 → 短路、漏电。
4、选择比控制
铜：Barrier：TEOS的选择比要几百:几:1，否则停不住或者过磨。
5、晶圆内均匀性（WIWNU）
中心和边缘磨除速率差要控制在几个%以内。
6、缺陷水平
先进节点要求大颗粒（>0.1μm）加起来不超过几个。
六、铜CMP三步经典工艺（7nm及以上还在用）
Platen 1（Bulk Cu Remove）
- 高去除率浆料（>5000Å/min）大下压力涡流终点，留1000~2000Å铜
Platen 2（Soft Landing + Barrier Remove）
- 低去除率浆料 + 高选择比小下压力，停在Barrier上不伤介质
Platen 3（Buffing + 水抛）
- 纯DI水或极稀浆料去除表面微划伤和残留
七、未来趋势
- 极低下压力（<1psi）抛光 → 防止Low-k介质塌陷无磨粒浆料（Abrasive-free）→ 减少划伤新材料选择比浆料（Co、Ru、Mo）AI实时终点控制 + 机器学习优化参数单盘多步工艺（减少设备投资）
总结一句话：CMP看起来就是“磨一磨”，其实是化学、机械、材料、设备、检测、清洗、缺陷全链条最复杂的工艺之一，良率和成本都卡在它手里。真正的CMP大神，是能在划伤、Dishing、均匀性、缺陷之间找到完美平衡的人。
