电化学机械抛光(ECMP)

什么是电化学机械抛光(ECMP)？

目前化学机械抛光的材料去除率以及加工后的表面粗糙度，已经很难通过改变工艺取得大的突破。在CMP抛光的基础上施加增效辅助，成为了近些年大幅度提高材料去除率和降低表面粗糙度的最优选择。

ECMP是一种利用电解液作为抛光液，将工件的电化学腐蚀与机械抛光相结合的精密工艺。在单晶SiC (作为阳极)表面带电后通过阳极氧化产生氧化层，然后用软磨料机械去除氧化层，最后获得超光滑无损伤的表面。该技术方法通常用于产生难以通过机械抛光实现的光泽的表面。

但采用这种方法时，若阳极电流较弱，则加工表面质量较好，但材料去除率变化不大；若阳极电流较强，则材料去除率显著提高，但阳极电流过强会导致表面精度下降及多孔现象。由此可见，对化学机械抛光施加外电场进行电化学机械抛光时，试件表层的氧化速率和材料去除率相协调的问题，是高效获得光滑表面的关键点。

(1)电化学机械抛光(ECMP)的原理:

利用钝化性电解液在金属表面生成钝化膜的方式在阴极和工件间接通电流时,如电流密度极小,工件表面只生成钝化膜,而不发生电化学溶解。此时用机械作用把钝化膜的高点去除,是表面粗糙度降低。反复这个过程,即不断的进行钝化及去除,最后可使工件表面的微观不平度整平,达到抛光的目的。

(2)ECMP的特点:

优点: ECMP结合了电化学抛光和化学机械抛光的优点将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起,结合化学与机械的双重作用使抛光速率以及晶圆的全局平坦化达到较高水平,发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制,可抛光各种复杂形状的工件。在很低的压力下实现了平坦化, 较好地解决了低机械强度的介质应用于集成电路制作所带来的问题。并且, ECMP技术还有另外两大优点:低的设备磨损率和高的去除速率。

优点可总结为:能够缩短拋光加工的时间,人力的需求減少,成本降低;克服传统机械研磨抛光的精度不易掌握的难点;由于拋光产生的热量小,会被电解液带走,因此也可去除因机械砂轮的研磨,而在工件表面所遗留的烧痕及残留应力;可用于修磨抛光形状复杂的器件,显著提高劳动生产率;能快速降低表面粗糙度提高工件的寿命和精度。

缺点:其中之一就是终端效应, 这是因为电化学机制的引入而产生。由于电极终端与晶圆表面的接触必须处于晶圆外围, 从而导致整个晶圆表面上的电势非均匀化, 使得靠近终端的部分, 即晶圆边缘的去除速率高于中心的去除速率。而且, ECMP技术的应用主要是在互连层的平坦化, 此时衬底上的元件制作已经基本完成并与互连层金属连通。在这种条件下施加一个外部电场的ECMP技术是否会对器件性能有所影响或带来潜在的失效可能性仍有待于进一步研究。

目前看来，CMP不管是在实验原理上，还是在实验设置上,都是最简单、最容易实现的。但抛光液通常含有强酸或者强碱以及强氧化剂，对环境以及实验者会产生危害，而且其抛光效率已到了瓶颈。像ECMP这类型的增效化学机械抛光也得到了越来越多的关注，随着SiC器件应用范围的不断扩大，对SiC衬底的加工效率及表面质量也提出了更高的要求。此项新技术不仅满足加工效率及表面质量的保证，还为SiC衬底制造绿色发展注入了新力量。

#碳化硅/氮化镓电化学机械抛光机（ECMP）