《平坦化工艺》PPT课件

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1、平坦化工艺李传第周天亮陈建邓应达概要：简单的说就是在晶片的表面保持平整平坦的工艺随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级。传统的平面化技术，如选择淀积、旋转玻璃法等，仅仅能够局部平面化技术，但是对于微小尺寸特征的电子器件，必须进行全局平面化以满足上述要求。90年代兴起的新型化学机械抛光技术则从加工性能和速度上同时满足了硅片图形加工的要求，是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。一传统的平坦化技术反刻玻璃回流旋涂膜层1.1反刻概念：由表面图形形成的表面起伏可以用一层厚的介质或其它材料作为平坦化的牺牲

2、层来进行平坦化，这一层牺牲材料填充空洞和表面的低处，然后用干法刻蚀技术来刻蚀这一层牺牲层，通过用比低处图形快的刻蚀速率刻蚀掉高处的图形来使表面平坦化。反刻不能实现全局的平坦化。反刻平坦化1.2玻璃回流玻璃回流是在升高温度的情况下给惨杂氧化硅加热，使它发生流动。例如，硼磷硅玻璃（BPSG）在850°，氮气环境的高温炉中退火30分钟发生流动，使BPSG在台阶覆盖出的流动角度大约在20度左右，BPSG的这种流动性能用来获得台阶覆盖处的平坦化或用来填充缝隙。BPSG在图形处的回流能获得部分平坦化。BPSG回流平坦化1.3旋涂膜层旋涂膜层是在硅片上旋涂不

3、同的液体材料以获得平坦化的一种技术，主要是层间介质。这种技术在0.35um及以上器件的制造中得到普遍应用。旋涂利用离心力来填充图形低处，获得表面形貌的平滑效果。这种旋涂法的平坦化能力与许多因素有关，如溶液的化学组份、分子重量以及粘滞度。旋涂后烘烤蒸发掉溶剂，留下氧化硅填充低处的间隙。为了进一步填充表面的间隙，用CVD在淀积一层氧化硅。旋涂膜层平坦化二化学机械平坦化（CMP）简介2.1现代科技对平坦化的要求随着半导体工业的飞速发展，为满足现代微处理器和其他逻辑芯片要求，硅片的刻线宽度越来越细。集成电路制造技术已经跨入0.13um和300mm时代，

4、按照美国半导体工业协会(SIA)提出的微电子技术发展构图，到2008年，将开始使用直径450mm的硅片，实现特征线宽0.07um，硅片表面总厚度变化(TTv)要求小于0.2um，硅片表面局部平整度(SFQD)要求为设计线宽的2／3，硅片表面粗糙度要求达到纳米和亚纳米级，芯片集成度达到9000万个晶体管／cm2等2.2CMP的开始常见的传统平面化技术很多，如热流法、旋转式玻璃法、回蚀法电子环绕共振法、淀积一腐蚀一淀积等，这些技术在IC工艺中都曾得到应用，但是它们都是属于局部平面化技术，不能做到全局平面化。l965年Walsh和Herzog首次提出

5、了化学机械抛光技术(CMP)之后逐渐被应用起来。CMP的优点在半导体行业，CMP最早应用于集成电路中基材硅片的抛光。1990年，IBM公司率先提出了CMP全局平面化技术，并于1991年成功应用于64Mb的DRAM生产中之后，CMP技术得到了快速发展。CMP的研究开发工作过去主要集中在以美国为主的联合体SEMATECH，现在已发展到全球，如欧洲联合体JESSI、法国研究公司LETI和CNET、德国FRAUDHOFER研究所等，日本在CMP方面发展很快，并且还从事硅片CMP设备供应。我国台湾和韩国也在CMP方面研究较多，但我国国内在这方面研究者甚少

6、。化学机械平坦化（CMP)定义化学机械平坦化（抛光）工艺是指去除硅片表面不希望存留的杂质材料，从而提高器件的成品率，被平坦化的硅片拥有平滑的表面，每层的厚度变化较小（表面起伏较小）。填充低的部分或者是去掉高的部分是平坦化的两种方法。化学机械平坦化（CMP)原理化学机械平坦化是一种全局的平坦化技术，是唯一能提供硅片全局平坦化的一种方法。他通过硅片和一个抛光头之间的相对运动来平坦化硅片表面，在硅片和抛光头之间有磨料，并同时施加压力。CMP设备也称为抛光机，在一台抛光机中，硅片放在一个硅片固定器或载片头上，并面向转盘上的抛光垫CMP通过比去除低处图形

7、块的速度去除高出图形来获得均匀的硅片表面，由于它能精确并均匀地把硅片抛光为需要的厚度和平坦度，已称为一种最广泛的技术。一般的化学机械抛光系统构造整个系统是由三大部分组成。1一个旋转的硅片夹持器2承载抛光垫的工作台3抛光浆料供给装置化学机械平坦化的原理图平坦化的4个术语CMP设备CMP是采用把一个抛光垫粘在转盘的表面来进行平坦化，在抛光的时候一个磨头装有一个硅片，大多数的生产性抛光机都是有多个转盘合抛光垫，以适应抛光不同材料的需要。磨头磨头（抛光头）是使硅片保持在转盘表面抛光垫的上方，磨头向下的力和相对于转盘的旋转运动能影响均匀性，在传送合抛光过

8、程中，磨头常常用真空来吸住硅片。CMP磨头设计CMP的平整度硅片的平整度和均匀性的概念在描述CMP的作用方面很重要。平整度描述了从微米到毫米范围内硅片