Chapter 18(zhang).ppt

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1、第18章　化学机械平坦化1本章目标1.什么是平坦化？2.列举并论述三种平坦化工艺.3.论述化学机械平坦化，硅片平整性问题，以及CMP的优点4.描述氧化物CMP和金属CMP中用的磨料和抛光垫.5.论述CMP设备，包括终点检测和磨头.6.解释CMP后清洗过程.7.列举并描述7种不同的CMP应用.2单层金属的IC图p+Siliconsubstratep–EpilayerFieldOxiden+n+p+p+n-wellILDOxidePadOxideMetalNitrideTopsideGateoxideSidewal

2、loxidePre-metaloxidePolyMetalPolyMetalFigure18.13化学机械平坦化的原因1.影响光刻线宽控制方法：低：填充高：去掉（磨削）4硅平坦化术语Table18.15平坦化的定性说明e)全局平坦化a)未平坦化b)平滑c)部分平坦化d)局部平坦化Figure18.26用CMP进行多层布线Interlayerdielectric0.25micronCMOScrosssection硅和钨的平坦化层SiO2SiO2SiO2WWWFigure18.37CMP在硅工艺中的位置Implant

3、DiffusionTest/SortEtchPolishPhotoCompletedwaferUnpatternedwaferWaferstartThinFilmsWaferFabrication(front-end)UsedwithpermissionfromAdvancedMicroDevicesFigure18.48平坦化及非平坦化比较Non-planarizedICproductPlanarizedICproductMicrographscourtesyofIntegratedCircuitEnginee

4、ringPhoto18.1918.2TraditionalPlanarization反刻GlassReflow旋涂膜层10反刻平坦化SiO2TopographyafteretchbackResistorSOGSiO2PlanarizingmaterialUndesirabletopographyFigure18.511玻璃回流BPSGSmoothingeffectofreflowBPSGDepositedinterlayerdielectricFigure18.612旋涂膜层ILD-1ILD-2depositio

5、n3)ILD-1SOG1)ILD-1SOGafterbaking2)Figure18.71318.3化学机械平坦化全局化平坦1.CMPPlanarity2.AdvantagesofCMP3.CMPMechanisms4.CMPSlurry(磨料）andPad（抛光垫）5.CMPEquipment6.CMPClean7.CMPEquipmentManufacturers14化学机械平坦化示意图WaferWafercarrierRotatingplaten磨料磨料喷头PolishingpadDownforceFig

6、ure18.8精确均匀地把硅片抛光到需要的厚度15硅片平整度测量SiO2SubstrateMinMaxSHpreMinMaxSHpostPost-polishmeasurementPre-polishmeasurementSiO2片内非均匀性，片间非均匀性16AdvantagesofCMPTable18.217DisadvantagesofCMPTable18.318CMP机理1表面材料与磨料发生反应生成容易去除的表面层2.磨料中的研磨剂和研磨压力与抛光垫机械磨去氧化物抛光：R：抛光速率；P：压力；v：硅片和抛光

7、垫的相对速度；k：与工艺相关的常数19CMP机理氧化硅Figure18.10SiO2layerPolishingpadSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiCMPSystem(5)By-productremoval(1)SlurrydispenseBy-products(2)H2O&OH-traveltowafersurface(4)SurfacereactionsandmechanicalabrasionDrainSlurry(3)Mechani

8、calforcepressesslurryintowaferSi(OH)4RotationSiSiSi20金属CMP机理Figure18.11Polishingpad2)MechanicalabrasionRotation1)Surfaceetchandpassivation3)RepassivationSlurryDownforceOxideMetalOxideMeta