半导体制程培训CMP和蚀刻.pptx

Si Si
Si Si
Si Si
Si Si Si Si
Si Si
SiO2 层
半导体制造工艺流程
金属抛光
金属抛光与氧化硅抛光机理有一定的区别，采用氧化的方法 使金属氧化物在机械研磨中被去除。
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金属CMP的原理
抛光垫 向下施加力 磨料 旋转
1) 表面刻蚀 和钝化
2) 机械磨除 3) 再钝化
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CMP氧化硅原理图
抛光垫
(1) 磨料喷嘴
磨料
(3)机械力将磨料压到硅片中
旋转 CMP系统
副产物
(5) 副产物去除
Si Si
排水管
Si
(2) H2O & OH- 运动到硅片表面
Si
Si(OH)4
(4) 表面反应和 机械磨损
Si Si Si Si Si Si Si
Si Si
Si Si
ILD
场氧化层 n+
氧化硅
p+
Poly
Metal p+
侧墙氧化层 栅氧化层
n-阱
Metal
p– 外延层
p+ 硅衬底
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传统的平坦化技术——反刻
平坦化的材料
光刻胶或SOG SiO2
不希望的起伏
反刻后的形貌
SiO2
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传统的平坦化技术——玻璃回流
淀积的层间介质
BPSG
回流的平滑效果
2
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刻蚀种类
①干法刻蚀 利用等离子体将不要的材料去除（亚微米尺寸下刻蚀器件 的最主要方法）。 ②湿法刻蚀 利用腐蚀性液体将不要的材料去除。 显而易见，它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀。 湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程，是指利用溶液与预刻蚀 材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到 刻蚀目的。
半导体制造工艺流程 半导体制造工艺流程
让我们和迈博瑞一起成长 让我们和迈博瑞一起成长
作 者：Richard Richard_Liu 作 者： Liu
半导体制造工艺流程——刻蚀
刻蚀
刻蚀（Etch），它是半导体制造工艺，微电子IC制造工艺以及 微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。是与光刻相联系的图 形化（pattern）处理的一种主要工艺。 *实际上狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻 曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。 随着微制造工艺的发展。 *广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来 剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。
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CMP
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1、平坦化有关的术语； 2、传统的平坦化技术； 3、化学机械平坦化机理； 4、化学机械平坦化应用。
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未平坦化
平滑处理
局部平坦化
全局平坦化
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单层金属IC的表面起伏剖面
氮化硅 顶层 氧化硅 垫氧 Poly n+ 金属化前氧化层 Metal
e
gas energy
plasma
e
e e
半导体制造工艺流程
半导体制造工艺流程
等离子刻蚀过程
半导体制造工艺流程——CMP
化学机械平坦化
化学机械平坦化 （Chemical-Mechanical Planarization, CMP）， 又称化学机械研磨（Chemical-Mechanical Polishing），是半导体 器件制造工艺中的一种技术，使用化学腐蚀及机械力对加工过 程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理。
研磨液
平坦化工艺中研 磨材料 石英
二氧化铝
氧化铈
磨料
化学添加剂的混 合物（其中的化 学添加剂则要根 据实际情况加以 选择） 氧化物磨料 金属钨磨料 金属铜磨料 特殊应用磨料
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氧化硅抛光
氧化硅抛光主要被应用于平坦化金属层间淀积的层间介质 （ILD。磨料中的水和氧化硅发生表面水合作用，从而使氧化 硅的硬度、机械强度等有效降低，在机械力的作用下将氧化 硅去除。
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化学机械平坦化原理图
向下施加力 磨头 硅片 磨料 转盘
抛光垫
磨料喷头
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研磨液
磨料是平坦化工艺中研磨材料和化学添加剂的混合物，研磨 材料主要是石英，二氧化铝和氧化铈，其中的化学添加剂则 要根据实际情况加以选择，这些化学添加剂和要被除去的材 料进行反应，弱化其和硅分子联结，这样使得机械抛光更加 容易。在应用中的通常有氧化物磨料、金属钨磨料、金属铜 磨料以及一些特殊应用磨料
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湿法刻蚀
湿法刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、 腐蚀。 优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低
缺点是：钻刻严重、对图形的控制性较差，不能用于小的特征 尺寸；会产生大量的化学废液。
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同性刻蚀
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什么是Plasma
• Plasma就是等离子体(台湾一般称为电浆), 由气体电离后产生 的正负带电离子以及分子, 原子和原子团组成. 只有强电场作用 下雪崩电离发生时, Plasma才会产生. • 气体从常态到等离子体的转变, 也是从绝缘体到导体的转变. • Plasma 一些例子: 荧光灯,闪电等.
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CMP技术的缺点：
1．CMP技术是一种新技术，对工艺变量控制相对较差， 并且工艺窗口窄； 2．CMP技术引入的新的缺陷将影响芯片成品率，这些缺 陷对亚0.25微米特征图形更关键； 3. CMP技术需要开发别的配套工艺技术来进行工艺控制和 测量； 4. 昂贵的设备及运转、维护费用。
BPSG
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传统的平坦化技术——旋涂膜层
SOG
1)
ILD-1 烘烤后的SOG ILD-1
2)
ILD-2淀积
3)
ILD-1
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化学机械平坦化机理 有两种CMP机理可以解释是如何来进行硅片表面 平坦化的: 1) 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； 2）这一反应生成的硅片表面层通过磨料中研磨 机和研磨压力与抛光垫的相对运动被机械地磨 去。
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干法刻蚀
优点：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好， 细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引 入污染，洁净度高。
缺点：成本高，设备复杂。 干法刻蚀方式：①溅射与离子束铣蚀 ②等离子刻蚀（Plasma Etching） ③③高压等离子刻蚀 ④高密度等离子体（HDP）刻蚀 ⑤反应离子刻蚀（RIE）
氧化硅 金属 氧化硅 金属
金属
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半导体制造工wk.baidu.com流程
清洗
在抛光工艺过程中，磨料和被抛光对象都会造成硅片的沾污， 清洗的主要目的就是为了清除这些沾污物质，使硅片的质量不 致受到影响。所采用到的清洗设备有毛刷洗擦设备、酸性喷淋 清洗设备、兆声波清洗设备、旋转清洗干燥设备等。清洗步骤 主要有氧化硅清洗、浅沟槽隔离清洗、多晶硅清洗、钨清洗、 铜清洗等。
抛光垫通常使用聚亚胺脂(Polyurethane)材料制造，利用这种 多孔性材料类似海绵的机械特性和多孔特性，表面有特殊之 沟槽，提高抛光的均匀性，垫上有时开有可视窗，便于线上 检测。通常抛光垫为需要定时整修和更换之耗材，一个抛光 垫虽不与晶圆直接接触，但使用售命约仅为45至75小时。
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应用
化学机械抛光主要用于以下几个方面: ①深槽填充的平面化
②接触孔和过孔中的金属接头的平面化
③生产中间步骤中氧化层和金属间电介层的平面化
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CMP技术的优点：
1．能获得全局平坦化； 2．各种各样的硅片表面能被平坦化； 3．在同一次抛光过程中对平坦化多层材料有用； 4．允许制造中采用更严格的设计规则并采用更多的互连层； 5．提供制作金属图形的一种方法。 6. 由于减小了表面起伏，从而能改善金属台阶覆盖； 7．能提高亚0.5微米器件和电路的可靠性、速度和成品率； 8．CMP是一种减薄表层材料的工艺并能去除表面缺陷； 9．不使用在干法刻蚀工艺中常用的危险气体。
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