集成电路工艺第九章：化学机械抛光解析.ppt

第九章：化学机械抛光1-9.1 引引 言言n n硅片的表面起伏硅片的表面起伏硅片的表面起伏硅片的表面起伏问题问题问题问题 在在在在ICIC工工工工艺艺艺艺技技技技术发术发术发术发展展展展过过过过程中，遇到了硅片的表面起伏程中，遇到了硅片的表面起伏程中，遇到了硅片的表面起伏程中，遇到了硅片的表面起伏（即不平坦）（即不平坦）（即不平坦）（即不平坦）这这这这个非常个非常个非常个非常严严严严重的重的重的重的问题问题问题问题，它使，它使，它使，它使亚亚亚亚微米光微米光微米光微米光刻无法刻无法刻无法刻无法进进进进行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、超出行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、超出行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、超出行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、超出光刻机的焦深范光刻机的焦深范光刻机的焦深范光刻机的焦深范围围围围，无法，无法，无法，无法实现亚实现亚实现亚实现亚微米微米微米微米线宽线宽线宽线宽的的的的图图图图形形形形转转转转移。移。移。移。2-n n硅片的表面起伏硅片的表面起伏硅片的表面起伏硅片的表面起伏问题问题问题问题 双双层层金属金属IC的表面起伏的表面起伏3-n n平坦化的定性平坦化的定性平坦化的定性平坦化的定性说说说说明明明明 1）未平坦化）未平坦化2）平滑：台）平滑：台阶阶角度角度圆圆滑和滑和侧侧壁壁倾倾斜，台斜，台阶阶高度未减高度未减3）部分平坦化：平滑且台）部分平坦化：平滑且台阶阶高度局部减小高度局部减小4-n n平坦化的定性平坦化的定性平坦化的定性平坦化的定性说说说说明明明明4）局部平坦化：完全填充）局部平坦化：完全填充较较小小缝缝隙或局部区域。隙或局部区域。相相对对于平整区域的于平整区域的总总台台阶阶高度未高度未显显著减小著减小 5）全局平坦化：局部平坦化且整个）全局平坦化：局部平坦化且整个Si片表面片表面总总台台阶阶高高 度度显显著减小著减小5-9.2 传统传统的平坦化技的平坦化技术术n n 传统传统传统传统的平坦化技的平坦化技的平坦化技的平坦化技术术术术 1.1.反刻反刻反刻反刻 2.2.玻璃回流玻璃回流玻璃回流玻璃回流 3.3.旋涂膜旋涂膜旋涂膜旋涂膜层层层层6-n n1.1.反刻（回反刻（回反刻（回反刻（回蚀蚀蚀蚀）在表面起伏的硅片上涂上一在表面起伏的硅片上涂上一在表面起伏的硅片上涂上一在表面起伏的硅片上涂上一层层层层光刻胶或其它材料做光刻胶或其它材料做光刻胶或其它材料做光刻胶或其它材料做为为为为平坦化的平坦化的平坦化的平坦化的牺牺牺牺牲牲牲牲层层层层，然后利用比，然后利用比，然后利用比，然后利用比牺牺牺牺牲牲牲牲层层层层快的刻快的刻快的刻快的刻蚀蚀蚀蚀速速速速率刻率刻率刻率刻蚀蚀蚀蚀高高高高处处处处部分的部分的部分的部分的过过过过程称程称程称程称为为为为反刻（也称反刻（也称反刻（也称反刻（也称为为为为回回回回蚀蚀蚀蚀）。）。）。）。反刻能达到局部平坦化。反刻能达到局部平坦化。反刻能达到局部平坦化。反刻能达到局部平坦化。7-1.1.反刻（回反刻（回反刻（回反刻（回蚀蚀蚀蚀）反刻平坦化反刻平坦化8-2.2.玻璃回流玻璃回流玻璃回流玻璃回流 玻璃回流是利用硼磷硅玻璃（玻璃回流是利用硼磷硅玻璃（玻璃回流是利用硼磷硅玻璃（玻璃回流是利用硼磷硅玻璃（BPSGBPSG）在高温）在高温）在高温）在高温（通常（通常（通常（通常为为为为850850左右）的流左右）的流左右）的流左右）的流动动动动性性性性进进进进行的平坦化行的平坦化行的平坦化行的平坦化过过过过程。玻璃回流只能达到部分平坦化，它不能程。玻璃回流只能达到部分平坦化，它不能程。玻璃回流只能达到部分平坦化，它不能程。玻璃回流只能达到部分平坦化，它不能满满满满足足足足亚亚亚亚微米微米微米微米ICIC中的多中的多中的多中的多层层层层金属布金属布金属布金属布线线线线技技技技术术术术的要求。的要求。的要求。的要求。9-2.2.玻璃回流玻璃回流玻璃回流玻璃回流 BPSGBPSG回流平坦化回流平坦化回流平坦化回流平坦化10-3.3.旋涂膜旋涂膜旋涂膜旋涂膜层层层层 通通通通过过过过在表面起伏的硅片上旋涂液体在表面起伏的硅片上旋涂液体在表面起伏的硅片上旋涂液体在表面起伏的硅片上旋涂液体层间层间层间层间介介介介质质质质材材材材料料料料获获获获得平坦化的技得平坦化的技得平坦化的技得平坦化的技术术术术。旋涂膜。旋涂膜。旋涂膜。旋涂膜层层层层技技技技术术术术在在在在0.35m0.35m及以上器件的制造中及以上器件的制造中及以上器件的制造中及以上器件的制造中应应应应用普遍。用普遍。用普遍。用普遍。11-3.3.旋涂膜旋涂膜旋涂膜旋涂膜层层层层12-9.3 化学机械平坦化化学机械平坦化n n化学机械平坦化化学机械平坦化化学机械平坦化化学机械平坦化CMPCMP （C Chemical hemical MMechanical echanical P Planarizationlanarization）也称）也称）也称）也称为为为为化学化学化学化学机械抛光机械抛光机械抛光机械抛光CMPCMP（C Chemical hemical MMechanical echanical P Polisholish）是通）是通）是通）是通过过过过化学反化学反化学反化学反应应应应和机械研磨相和机械研磨相和机械研磨相和机械研磨相结结结结合的方法合的方法合的方法合的方法对对对对表面起伏的表面起伏的表面起伏的表面起伏的硅片硅片硅片硅片进进进进行平坦化的行平坦化的行平坦化的行平坦化的过过过过程。程。程。程。n n2020世世世世纪纪纪纪8080年代后期，年代后期，年代后期，年代后期，IBMIBM开开开开发发发发了了了了CMPCMP用于半用于半用于半用于半导导导导体硅体硅体硅体硅片平坦化。片平坦化。片平坦化。片平坦化。13-n n2020世世世世纪纪纪纪9090年代中期，年代中期，年代中期，年代中期，CMPCMP成成成成为为为为多多多多层层层层金属化深金属化深金属化深金属化深亚亚亚亚微微微微米集成米集成米集成米集成电电电电路工路工路工路工艺艺艺艺的主要平坦化技的主要平坦化技的主要平坦化技的主要平坦化技术术术术。n n没有没有没有没有CMPCMP就没有就没有就没有就没有ULSIULSI芯片。芯片。芯片。芯片。n nCMPCMP是表面全局平坦化技是表面全局平坦化技是表面全局平坦化技是表面全局平坦化技术术术术。n nCMPCMP系系系系统统统统属于超精密属于超精密属于超精密属于超精密设备设备设备设备，CMP CMP技技技技术术术术平坦化后的平坦化后的平坦化后的平坦化后的台台台台阶阶阶阶高度可控制到高度可控制到高度可控制到高度可控制到5050左右。左右。左右。左右。14-n nCMPCMP的原理的原理的原理的原理图图图图15-n nCMPCMP的机理的机理的机理的机理 表面材料与磨料表面材料与磨料表面材料与磨料表面材料与磨料发发发发生化学反生化学反生化学反生化学反应应应应生成一生成一生成一生成一层层层层相相相相对对对对容易去容易去容易去容易去除的表面除的表面除的表面除的表面层层层层，这这这这一表面一表面一表面一表面层层层层通通通通过过过过磨料中的研磨磨料中的研磨磨料中的研磨磨料中的研磨剂剂剂剂和研和研和研和研磨磨磨磨压压压压力与抛光力与抛光力与抛光力与抛光垫垫垫垫的相的相的相的相对对对对运运运运动动动动被机械地磨去。被机械地磨去。被机械地磨去。被机械地磨去。CMPCMP的的的的微微微微观观观观作用是化学和机械作用的作用是化学和机械作用的作用是化学和机械作用的作用是化学和机械作用的结结结结合。合。合。合。16-n n CMP CMP技技技技术术术术的的的的优优优优点点点点 1.1.全局平坦化，台全局平坦化，台全局平坦化，台全局平坦化，台阶阶阶阶高度可控制到高度可控制到高度可控制到高度可控制到5050左右左右左右左右 2.2.平坦化不同的材料平坦化不同的材料平坦化不同的材料平坦化不同的材料 3.3.平坦化多平坦化多平坦化多平坦化多层层层层材料材料材料材料 4.4.减小减小减小减小严严严严重表面起伏重表面起伏重表面起伏重表面起伏 5.5.能配合制作金属能配合制作金属能配合制作金属能配合制作金属图图图图形（大形（大形（大形（大马马马马士革工士革工士革工士革工艺艺艺艺）6.6.改善金属台改善金属台改善金属台改善金属台阶阶阶阶覆盖覆盖覆盖覆盖 7.7.减少缺陷减少缺陷减少缺陷减少缺陷 8.8.不使用危不使用危不使用危不使用危险险险险气体气体气体气体17-n n CMP CMP技技技技术术术术的缺点的缺点的缺点的缺点 1.1.新技新技新技新技术术术术，工，工，工，工艺艺艺艺窗口窄，工窗口窄，工窗口窄，工窗口窄，工艺变艺变艺变艺变量控制相量控制相量控制相量控制相对较对较对较对较差。差。差。差。2.2.厚度及均匀性的控制比厚度及均匀性的控制比厚度及均匀性的控制比厚度及均匀性的控制比较较较较困困困困难难难难加加加加强强强强终终终终点点点点检测检测检测检测。3.3.设备设备设备设备昂昂昂昂贵贵贵贵。18-9.4 CMP的的应应用用n nSTI STI 氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光n nLI LI 氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光n nLI LI 钨钨钨钨抛光抛光抛光抛光n nILD ILD 氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光n n钨钨钨钨塞抛光塞抛光塞抛光塞抛光n n双大双大双大双大马马马马士革士革士革士革铜铜铜铜抛光抛光抛光抛光19-n nSTI STI 氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光20-n nLI LI 氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光21-n nLI LI 钨钨钨钨抛光抛光抛光抛光22-n nILD ILD 氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光氧化硅抛光23-n n双大双大双大双大马马马马士革士革士革士革铜铜铜铜抛光抛光抛光抛光24-