CMP化学机械平坦化课件.ppt

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1、ChemicalMechanicalPlanarizationAgenda1，平坦化有关的术语；3，化学机械平坦化机理；2，传统的平坦化技术；5，化学机械平坦化应用。4，化学机械平坦化终点检测；2平坦化术语SurfacesmoothingLocalplanarizationGlobalplanarizationUnplanarized3SiO2衬底MinMaxSHpreMinMaxSHpost抛磨后测量抛磨前测量SiO2平坦化术语平整度：4单层金属IC的表面起伏剖面PAGE5p+硅衬底p–外延层场氧化层n+n+p+p+n-阱ILD氧化硅垫氧氧化硅M

2、etal氮化硅顶层栅氧化层侧墙氧化层金属化前氧化层PolyMetalPolyMetal多层金属化结构剖面PAGE6非平坦化的IC剖面平坦化的IC剖面传统的平坦化技术PAGE7SiO2反刻后的形貌光刻胶或SOGSiO2平坦化的材料不希望的起伏反刻传统的平坦化技术PAGE8玻璃回流BPSG回流的平滑效果BPSG淀积的层间介质传统的平坦化技术PAGE9旋涂膜层ILD-1ILD-2淀积3)ILD-1SOG1)ILD-1烘烤后的SOG2)化学机械平坦化机理PAGE10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

3、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。化学机械平坦化机理PAGE11化学机械平坦化的原理图硅片磨头转盘磨料磨料喷头抛光垫向下施加力化学机械平坦化机理PAGE12研磨速率Preston公式：R=kPv穿透深度Hertz公式：CMP氧化硅机理PAGE13SiO2层抛光垫SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiCMP系统(5)副产物去除(1)磨料喷嘴副产物(2)H2O&OH-运动到硅片表面(4)表面反应和机械磨损排水管磨料

4、(3)机械力将磨料压到硅片中Si(OH)4旋转SiSiSi金属CMP的机理PAGE14抛光垫2)机械磨除旋转表面刻蚀和钝化3)再钝化磨料向下施加力金属氧化硅金属氧化硅金属金属CMP的机理PAGE15After9.5minutesofPolishingAfter5minutesofPolishingWaferC10beforeCMP金属CMP的机理PAGE16图形密度效应钨互连(软材料，高抛磨速率)侵蚀氧化硅(硬材料，低抛磨速率)金属CMP的机理PAGE17SiO2在前面层间介质层侵蚀引起SiO2厚度变化，由于SiO2不均匀的厚度，通孔刻蚀不完全铝钨

5、通孔LI钨钨通孔未平坦化的SiO2平坦化的SiO2平坦化的SiO2侵蚀最初发生的地方侵蚀带来的不完全通孔刻蚀金属CMP的机理PAGE18大图形中的CMP凹陷氮化硅抛磨终止凹陷氧化硅(硬表面，低抛磨速率)铜去除铜(软表面，高抛磨速率)化学机械平坦化终点检测PAGE19电机电流终点检测电机控制器终点探测系统RPM设备点驱动电流反馈电机电流信号终点信号电机磨头垫TimeMotorCurrentW/Ti/TiNWTiN/SiO2SiO2化学机械平坦化终点检测PAGE20光学干涉氧化硅硅硅片磨头光至光学探测器光纤化学机械平坦化应用PAGE21STI氧化硅抛光

6、化学机械平坦化应用PAGE22LI氧化硅抛光化学机械平坦化应用PAGE23ILD氧化硅抛光化学机械平坦化应用PAGE24双大马士革铜抛光SummaryCMP技术的特点：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。25SummaryPAGE26CMP技术的特点：CMP技术的优点：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

7、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。SummaryPAGE27CMP技术的特点：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。