摘 要：介绍了晶圆抛光雾（Haze）产生的机理，给出了Haze在实际生产过程中的人工目检表现，同时对Haze做了分级，系统的介绍了控制Haze的因素，通过对原材料及CMP工艺的优化可有效的控制Haze,获得高质量的晶圆表面。
关键词：晶圆抛光雾 Haze目检表现 Haze分级 CMP工艺
中图分类号：TN3 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-046-02
1 引言
随着 IC图形特征线宽向更小方向的迅速发展，对晶圆衬底的表面质量要求越来越高。晶圆抛光雾是高质量抛光的重要参数之一，尤其是对晶圆精抛质量的评价更加重要。化学机械抛光工艺一直是晶圆表面平坦化的主流方法，并且已经被整合到整个半导体和集成电路制造中。CMP技术是将机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，同时兼收了二者的优点，可以获得比较完美的晶片表面。
2 Haze简介
晶圆抛光雾指抛光后在晶圆表面留下的密度为105/cm2微浅损伤缺陷，该缺陷在强聚光灯照射下产生光的散射给人眼的感觉像雾。这些微浅损伤包括：高密度的凹坑、小丘和拉丝（也叫擦伤是指在经过严格清洗处理的抛光面上所见到的一些无规则的轻微划痕）等，Haze在强火灯下的具体目检表现为一种像灯丝发散状的结构，其结构的清晰程度和粗细可表征晶圆表面亚损伤层的轻重；通常的Haze一般认为产生于精抛过程。
如果Haze在晶圆上分布不均，像只覆盖部分硅片或是在整片区域中由重到轻则称为taper haze。
Haze的颜色通常表现为白色、灰色或淡蓝色。
2.1 Haze的分级
通常将其分为四个等级，即：
(1)级雾（no haze）
这种等级的Haze通常认为是无雾的，在强聚光灯的直射下晶圆表面几乎看不到灯丝状的放射结构；
(2)级雾（light haze）
在强聚光灯的直射下晶圆表面可依稀看到有灯丝状的放射轮廓，但其结构细节不易看到；
(3)级雾（medium haze）
在强聚光灯的直射下晶圆表面灯丝状的放射轮廓清析可见，长灯丝状的结构细节也可以看到，但不太密集；
(4)级雾（heavy haze）
在强聚光灯的直射下晶圆表面可清析看到长灯丝状的结构密集地交织于一个空心圆环。
2.2 不同级别Haze晶圆在金相显微镜DIC法下的表现
图1 1级Haze显微镜下照片 图2 2级Haze显微镜下照片
图3 3级Haze显微镜下照片 图4 4级Haze显微镜下照片
3 Haze的控制
Haze的形成机理为精抛过程不充分，精抛后在晶圆表面留下的微浅损伤缺陷导致。具体原因有：精抛垫种类和质量的影响；精抛液种类及配制的影响；精抛工艺参数设置不合理，如压力、时间、抛光机大盘及压头相对转速、抛光温度、抛光液和纯水流量等设置不当。当然除了精抛不充分外，还有一些其他因素也可导致晶圆表面有雾状缺陷，如抛光后化学清洗液的轻微蚀刻、与空气接触后中在表面形成的化学薄膜等，但其细节表现与Haze表现不同，查找缺陷原因时需注意。
3.1 精抛垫的影响
(1)精抛垫寿命的影响
抛光过程中，抛光垫有贮存、输送抛光液到加工区域、除去抛光过程产生的残留物质、传递材料去除所需的机械载荷、维持抛光过程所需的机械和化学环境等功能。在抛光垫使用寿命的中后期，抛光过程中的机械作用与化学作用会同时降低（机械作用降低速率比化学作用降低速率要慢）。抛光速率也将慢慢降低，机械作用与化学作用逐渐失衡，这导致haze程度随抛光垫使用时间的延长而升高，在生产过程中选择合适的抛光垫寿命，确保晶圆 CMP的质量。
(2)精抛垫种类的影响
不同种类的精抛垫其细节结构、使用寿命通常不同，在使用的过程中表现也不一样，因此在生产中引入新种类抛光垫时要做充分的试验评价，在保证Haze正常的情况下，其他表现也要同时评估，如颗粒水平、OISF划道等。
(3)精抛垫过保质期
若使用已过保质期的抛光垫很快就会像上述3.1.（1）中情况一样产生haze。
(4)在制备或存储过程受到石油或表面活性剂的污染等。
3.2 精抛光液的影响
不同种类的抛光液粘度、活性、PH值等不同，从而抛光工艺参数设置也不相同。精抛液配制比例不正确导致的化学腐蚀过快或过慢也会引起haze的产生。
3.3 精抛工艺参数的影响
(1)压力控制
精抛过程的去除量非常小，压力过大或过小都会致使雾的产生或加重，压力的设置需根据具体的抛光设备及所用原材料在生产中开展一系列试验，调试出合适的压力，通常压力的设置不易过高，如单位面积上晶圆承压在120g/cm2左右。
(2)相对转速控制
抛光机大盘及压头转速对haze有着重要的影响，其直接影响抛光过程中的温度。精抛是恒温抛光的过程，转速的设置在很大程度上决定了要达到合适温度的时间及精抛的充分性；同时还要保证大盘转速与压头转速的协调，若此项失配则会引起taper haze；对于多头抛光设备通常温度设置在30-35℃之间。
(3)流量控制
精抛过程中抛光液为一次性使用，抛光液流量通常控制可均匀分散到抛光垫上即可；但不能太小，流量太小会增大机械磨擦，由此引起的温度分布不均会产生其他质量问题。
(4)时间控制
供给抛光液阶段，在其他状况正常的情况下，延长高压段抛光液抛光时间可减轻或消除haze；水抛阶段，在其他状况正常的情况下缩短或取消水抛光时间可明显的减轻或消除haze。
4 结论
综上所述，CMP精抛过程中有效控制和消除消除晶圆Haze，在保证高质量的抛光垫和抛光液的前提下，选择合适的抛光工艺是非常重要的。
参考文献：
[1] 刘玉岭,刘钠.硅片抛光雾的分析研究[J].半导体技术,1998(2),23(1):50-51.
[2] 雷红,雒建斌,马俊杰.化学机械抛光(CMP)技术的发展、应用及存在问题[J].润滑与密封,2002,(4):73-76.