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平坦化技术简介 （Introduction Of Planarization Technology ） * 目录 平坦化概念及相关术语 传统平坦化技术和CMP的由来 化学机械平坦化（CMP）技术 CMP的应用及发展 总结 平坦化概念及相关术语 进入ULSI时代，横向空间的饱和促使半导体制造向垂直空间发展； 向垂直空间发展的思路促使多层金属技术出现，但在芯片的生产过程中会很自然的形成台阶，并随着层数的累加，表面起伏愈加明显； 较大的表面起伏不利于垂直方向的工艺实现，尤其是对光刻过程产生较大影响。 平坦化 平坦化定性说明 平整度 均匀性 平坦化 平坦化定性说明 平整度 均匀性 平坦化概念及相关术语 问题一、景深有限的镜头不能使高平面和低平面的图形同时得到很好的曝光； 问题二、在台阶处会由光反射造成金属图形凹口。 R：分辨率 DOF：焦深 λ ：光刻波波长 NA：数值孔径 k：分辨率系数 平坦化概念及相关术语 平坦化 平坦化定性说明 平整度 均匀性 为了解决这些问题，在IC朝着微型化趋势的发展下，各种平坦化技术相继出现； 平坦化工艺，简单地说就是使晶片表面保持平整平坦的工艺。 平坦化概念及相关术语 平坦化 平坦化定性说明 平整度 均匀性 未经平坦化 平滑处理：平坦化后使台阶圆滑和侧壁倾斜，但高度没有显著减小 局部平坦化：使硅片上的局部区域达到平坦化。 部分平坦化：平坦化后使台阶圆滑，且台阶高度局部减小 平坦化概念及相关术语 平坦化 平坦化定性说明 平整度 均匀性 全局平坦化 所谓全局平坦化就是使整个硅片表面总的台阶高度显著减小，使整个硅片表面平坦的技术； 在众多平坦化技术中，CMP是唯一能实现全局平坦化的技术。 平整度（DP）描述了从微米到毫米范围内硅片表面的起伏变化，具体是指对于某一台阶处，在完成CMP工艺之后这个位置硅片表面的平整程度。 平坦化概念及相关术语 平坦化 平坦化定性说明 平整度 均匀性 其中： SHpre是CMP之前硅片表面的一个位置的台阶高度。 SHpost是CMP之后硅片表面测量SHpre数据的位置处的台阶高度； 平坦化概念及相关术语 平坦化 平坦化定性说明 平整度 均匀性 均匀性，反映的是整个硅片上膜层厚度的变化情况。 片内非均匀性（WIWNU）：用来衡量一个单独硅片上膜层厚度的变化量。 片间非均匀性（WTWNU）：描述多个硅片之间膜层厚度的变化。 传统平坦化技术和CMP的由来 传统平坦化技术 CMP的由来及发展 传统的平坦化方法主要有三种： 反刻 玻璃回流 旋涂玻璃 传统平坦化技术和CMP的由来 传统平坦化技术 CMP的由来及发展 原理：在起伏的硅片表面旋涂一层厚的介质材料（比如光刻胶），这层材料可以填充空洞和表面的低处，将作为平坦化的牺牲层。然后用干法刻蚀技术进行刻蚀，利用高处刻蚀速率快，低处刻蚀速率慢来实现平坦化。 缺点：刻蚀效果不易控制。不能实现全局平坦化。 1. 反刻 传统平坦化技术和CMP的由来 传统平坦化技术 CMP的由来及发展 原理：玻璃回流是对作为层间介质的硼磷硅玻璃（BPSG）或其他的掺杂氧化硅膜层进行加热升温，使玻璃膜层发生流动来实现平坦化的技术。 缺点：不能满足深亚微米IC的平坦化要求。 2.玻璃回流 传统平坦化技术和CMP的由来 传统平坦化技术 CMP的由来及发展 原理：在起伏的硅片表面旋涂含有溶剂的液体材料，这样表面低处和缝隙将被填充，然后进行热处理使溶剂蒸发，在晶圆表面留下固化(curing)后的介电材料，即可获得表面形貌的平滑效果。 3.旋涂玻璃（Spin On Glass，SOG） 缺点：间距10μm时，平坦效果较好，当间距较大时，平坦能力明显减弱 传统平坦化技术和CMP的由来 传统平坦化技术 CMP的由来及发展 除此之外，等离子增强CVD，低压CVD，淀积-刻蚀-淀积等传统技术在IC工艺中都曾得到应用，但都仅限于局部的平坦化。 随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面平整度达到纳米级。传统的平坦化技术，仅仅能够实现局部平坦化，但是当最小特征尺寸达到0.25μm以下时，必须进行全局平坦化。90年代兴起的化学机械抛光技术则从加工性能和速度上同时满足硅片图形加工的要求，其也是目前唯一可以实现全局平坦化的技术。 传统平坦化技术和CMP的由来 传统平坦化技术 CMP的由来及发展 1960s以前，半导体基片的抛光主要以机械抛光为主； 1965年，Walsh和Herzog首次提出化学机械抛光（CMP）； 80年代中期，IBM开始开发CMP工艺； 1986年，Oxi