集成电路工艺第九章：化学机械抛光解析

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（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。硅片的表面起伏问题双层金属IC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3）部分平坦化：平滑且台阶高度局部减小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。相对于平整区域的总台阶高度未显著减小5）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）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。1.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）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。2.玻璃回流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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。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。CMP的原理图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。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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。9.4CMP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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