1)在單晶硅片制造環(huán)節(jié),單晶硅片首先通過化學腐蝕減薄,此時粗糙度在 10-20μm,在進行粗拋光、細拋光、精拋光等步驟,可將粗糙度控制在幾十個 nm 以內。一般來說,單晶硅片需要 2 次以上的拋光,表面才可以達到集成電路的要求。
2)在前半制程工藝中,主要應用在多層金屬布線層的拋光中。由于 IC 元件采用多層立體布線,需要刻蝕的每一層都有很高的全局平整度,以保證每層全局平坦化。CMP 平坦化工藝在此工藝中使用的環(huán)節(jié)包括:互聯(lián)結構中凹凸不平的絕緣體、導體、層間介質(ILD)、鑲嵌金屬(如 Al,Cu)、淺溝槽隔離(STI)、硅氧化物、多晶硅等。
隨著集成電路芯片工藝制程技術的不斷進步,對 CMP 工藝的需求不斷增加。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,在集成電路芯片進入 0.35μm 節(jié)點后,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(shù)的增多,需要進行 CMP 拋光的步驟也越多。以 28nm 節(jié)點工藝為例,所需 CMP 次數(shù)為 12-13 次,而進入 10nm 制程節(jié)點后,CMP 次數(shù)會翻一番,達到 25-26 次。
技術門檻
拋光材料制備技術門檻較高,其中拋光墊的技術壁壘在于溝槽設計及提高壽命改良,拋光液的技術壁壘在于調整拋光液組成以改善拋光效果。對于拋光墊而言合理的溝槽設計幫助拋光液流動并帶走切削的細屑,使晶圓表面最終能形成完美的鏡面效果,另一方面作為耗材下游晶圓廠對拋光墊使用壽命的要求越來高,因此溝槽設計與使用壽命提高是拋光墊生產(chǎn)過程中的核心技術壁壘。拋光液的配方則是影響拋光效果的決定性因素。各大公司和研究機構通常非常注重拋光液配方的研究,同時根據(jù)拋光對象的不同對拋光液的組成進行調整,以獲得較好的拋光速率和拋光效果。
市場規(guī)模
全球市場規(guī)模約為 16.1 億美元,國內市場約占全球市場 20%份額。根據(jù) SEMI 的統(tǒng)計數(shù)據(jù),2016 年全球 CMP 拋光材料市場規(guī)模達到 16.1 億美元,估算 2017 年達到 17.2 億美元,其中,2016 年中國拋光材料的市場份額約占全球的 20%,市場規(guī)模約為 23 億人民幣。拋光材料的市場容量主要取決于下游晶圓產(chǎn)量,近年來一直保持較為穩(wěn)定增長,預計未來能保持 4%的年均增長率,到 2020 年全球市場規(guī)模達到 19 億美元以上,其中拋光液的市場規(guī)模有望在 2020 年突破 12億美元的市場規(guī)模,是帶動拋光耗材市場成長主要動力。
全球產(chǎn)業(yè)格局及主要企業(yè)
CMP 拋光材料具有技術壁壘高,客戶認證時間長的特點,一直以來處于寡頭壟斷的格局。其一,美國和日本等國際巨頭利用先發(fā)優(yōu)勢在研發(fā)和生產(chǎn)方面不斷革新,同時實行嚴格的專利保護封鎖技術防止外泄,構筑難以突破的技術壁壘;其二,對下游晶圓廠來說客戶認證的時間很長,新產(chǎn)品測試流程復雜,一般需要一年半深證兩年才能完成一種新產(chǎn)品的認證。
全球芯片拋光液市場主要被在美國、日本、韓國企業(yè)所壟斷。全球芯片拋光液主要被日本 Fujimi、Hinomoto Kenmazai 公司,美國卡博特、杜邦、Rodel、Eka,韓國的 ACE 等所壟斷,占據(jù)全球 90%以上的高端市場份額。
全球 CMP 拋光墊幾乎全部被陶氏所壟斷。陶氏公司占據(jù)全球拋光墊市場 79%的市場份額,在細分集成電路芯片和藍寶石兩個高端領域更是占據(jù) 90%的市場份額。此外,3M、卡博特、日本東麗、***三方化學等可生產(chǎn)部分芯片用拋光墊。
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原文標題:CMP拋光材料簡介及應用領域分析
文章出處:【微信號:iawbs2016,微信公眾號:寬禁帶半導體技術創(chuàng)新聯(lián)盟】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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