集成电路工艺第九章：化学机械抛光

2. 玻璃回流
BPSG回流平坦化 BPSG回流平坦化
3. 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 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。 及以上器件的制造中应用普遍。
3. 旋涂膜层
9.3 化学机械平坦化
STI 氧化硅抛光
LI 氧化硅抛光
LI 钨抛光
ILD 氧化硅抛光
双大马士革铜抛光
硅片的表面起伏问题
双层金属IC的表面起伏 双层金属 的表面起伏
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 ）平滑：台阶角度圆滑和侧壁倾斜，
3）部分平坦化：平滑且台阶高度局部减小 ）部分平坦化：
平坦化的定性说明
4）局部平坦化：完全填充较小缝隙或局部区域。 ）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
1. 反刻（回蚀） 反刻（回蚀）
反刻平坦化
2. 玻璃回流 玻璃回流是利用硼磷硅玻璃（BPSG） 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 通常为850℃左右） 程。玻璃回流只能达到部分平坦化，它不能满足 玻璃回流只能达到部分平坦化， 亚微米IC中的多层金属布线技术的要求 亚微米IC中的多层金属布线技术的要求。 中的多层金属布线技术的要求。
第九章：化学机械抛光
9.1 引 言
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 IC工艺技术发展过程中 工艺技术发展过程中， （即不平坦）这个非常严重的问题，它使亚微米光 即不平坦）这个非常严重的问题， 刻无法进行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、超出 刻无法进行，表面起伏使光刻胶的厚度不均、 光刻机的焦深范围，无法实现亚微米线宽的图形转 光刻机的焦深范围， 移。
化学机械平坦化CMP 化学机械平坦化CMP （Chemical Mechanical Planarization）也称为化学机 lanarization） 械抛光CMP（ 械抛光CMP（Chemical Mechanical Polish）是通过 olish） 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。 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 20世纪 年代后期 IBM开发了 世纪80年代后期， 开发了CMP用于半导体硅 片平坦化。 片平坦化。
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 全局平坦化，台阶高度可控制到50Å 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） 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
CMP的原理图 CMP的原理图
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， 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 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。 微观作用是化学和机械作用的结合。
20世纪90年代中期，CMP成为多层金属化深亚微 20世纪 年代中期 CMP成为多层金属化深亚微 世纪90年代中期， 成为多层 米集成电路工艺的主要平坦化技术。 米集成电路工艺的主要平坦化技术。 没有CMP就没有 没有CMP就没有ULSI芯片。 就没有ULSI芯片 芯片。 CMP是表面全局平坦化技术。 CMP是表面全局平坦化技术。 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 CMP系统属于超精密设备， CMP技术平坦化后 系统属于超精密设备 的台阶高度可控制到50Å左右。 的台阶高度可控制到50Å左右。
5）全局平坦化：局部平坦化且整个Si片表面总台阶高 ）全局平坦化：局部平坦化且整个 片表面总台阶高 度显著减小
9.2 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
1. 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 为平坦化的牺牲层， 率刻蚀高处部分的过程称为反刻（也称为回蚀）。 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。 反刻能达到局部平坦化。
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。 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。 厚度及均匀性的控制比较困难加强终点检测。 3. 设备昂贵。 设备昂贵。
9.4 CMP的应用 CMP的应用
STI 氧化硅抛光 LI 氧化硅抛光 LI Baidu Nhomakorabea抛光 ILD 氧化硅抛光 钨塞抛光 双大马士革铜抛光