09 第九章：化学机械抛光.pptx

第1页：第九章 化学机械抛光封面

第九章：化学机械抛光

第2页：硅片表面起伏问题

硅片的表面起伏问题在IC工艺技术发展过程中，遇到了硅片的表面起伏（即不平坦）这个非常严重的问题，它使亚微米光刻无法进行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、超出光刻机的焦深范围，无法实现亚微米线宽的图形转移。

第3页：双层金属IC的表面起伏

硅片的表面起伏问题双层金属IC的表面起伏

第4页：平坦化的定性说明

平坦化的定性说明

1. 未平坦化
2. 平滑：台阶角度圆滑和侧壁倾斜，台阶高度未减
3. 部分平坦化：平滑且台阶高度局部减小

第5页：平坦化的定性说明

平坦化的定性说明

1. 局部平坦化：完全填充较小缝隙或局部区域。相对于平整区域的总台阶高度未显著减小
2. 全局平坦化：局部平坦化且整个Si片表面总台阶高度显著减小

第6页：传统的平坦化技术

传统的平坦化技术

1. 反刻
2. 玻璃回流
3. 旋涂膜层

第7页：反刻（回蚀）

反刻（回蚀）在表面起伏的硅片上涂上一层光刻胶或其它材料做为平坦化的牺牲层，然后利用比牺牲层快的刻蚀速率刻蚀高处部分的过程称为反刻（也称为回蚀）。反刻能达到局部平坦化。

第8页：反刻（回蚀）

反刻（回蚀）反刻平坦化

第9页：玻璃回流

玻璃回流玻璃回流是利用硼磷硅玻璃（BPSG）在高温（通常为850℃左右）的流动性进行的平坦化过程。玻璃回流只能达到部分平坦化，它不能满足亚微米IC中的多层金属布线技术的要求。

第10页：玻璃回流BPSG回流平坦化

玻璃回流BPSG回流平坦化

第11页：旋涂膜层平坦化

旋涂膜层通过在表面起伏的硅片上旋涂液体层间介质材料获得平坦化的技术。旋涂膜层技术在0.35μm及以上器件的制造中应用普遍。

第12页：旋涂膜层

旋涂膜层

第13页：化学机械平坦化CMP

• 化学机械平坦化CMP（ChemicalMechanicalPlanarization）也称为化学机械抛光CMP（ChemicalMechanicalPolish）是通过化学反应和机械研磨相结合的方法对表面起伏的硅片进行平坦化的过程。
• 20世纪80年代后期，IBM开发了CMP用于半导体硅片平坦化。

第14页：20世纪90年代中期

• 20世纪90年代中期，CMP成为多层金属化深亚微米集成电路工艺的主要平坦化技术。
• 没有CMP就没有ULSI芯片!
• CMP是表面全局平坦化技术。
• CMP系统属于超精密设备，CMP技术平坦化后的台阶高度可控制到50Å左右。

第15页：CMP的原理图

CMP的原理图

第16页：CMP的机理

CMP的机理表面材料与磨料发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层，这一表面层通过磨料中的研磨剂和研磨压力与抛光垫的相对运动被机械地磨去。CMP的微观作用是化学和机械作用的结合。

第17页：CMP技术的优点

CMP技术的优点

1. 全局平坦化，台阶高度可控制到50Å左右
2. 平坦化不同的材料
3. 平坦化多层材料
4. 减小严重表面起伏
5. 能配合制作金属图形（大马士革工艺）
6. 改善金属台阶覆盖
7. 减少缺陷
8. 不使用危险气体

第18页：CMP技术的缺点

CMP技术的缺点

1. 新技术，工艺窗口窄，工艺变量控制相对较差。
2. 厚度及均匀性的控制比较困难加强终点检测。
3. 设备昂贵。

第19页：CMP的应用

• CMP的应用
• STI氧化硅抛光
• LI氧化硅抛光
• LI钨抛光
• ILD氧化硅抛光
• 钨塞抛光
• 双大马士革铜抛光

第20页：STI氧化硅抛光

STI氧化硅抛光

第21页：LI氧化硅抛光

LI氧化硅抛光

第22页：LI钨抛光

LI钨抛光

第23页：ILD氧化硅抛光

ILD氧化硅抛光

第24页：双大马士革铜抛光

双大马士革铜抛光