第11章 平坦化技术.pptxVIP

第十一章 平坦化技术 1 平坦化基础理论 定义：简单地说，平坦化就是在晶片的表面保持平整平坦的工艺。 单层金属IC的表面起伏电路 2 3 平坦化基础理论 平坦化程度的4个术语：平滑处理、部分平坦化、局部平坦化、全局平坦化。 4 平坦化基础理论 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，如图b所示。 部分平坦化：平坦化后使台阶圆滑，且台阶高度局部减小，如图c所示。 局部平坦化：使硅片上的局部区域达到平坦化，如图d都是所示。 全局平坦化：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化，如图e所示。 平坦化程度术语介绍： 5 平坦化的必要性 6 平坦化技术概要 7 平坦化技术概要 8 不发生凹凸的薄膜生长 选择生长： 仅在Si之上的SiO2孔中生长W实现平坦化 掩盖生长W-CVD膜（可后续进行刻蚀平坦化） 9 不发生凹凸的薄膜生长 回流埋孔（溅射平坦化）：在500~600C下进行Al膜溅射沉积，可使孔内比表面沉积更厚的Al层，以此来实现平坦化；或采用偏压溅射、ECR溅射等方法，亦可实现平坦化。 因为该技术着眼于高温溅射过程中Al的流动，故称其为回流溅射或高温溅射。 10 不发生凹凸的薄膜生长 埋入氧化物实现平坦化：在多层布线结构中，完成一层布线之后，布线中间需要埋入氧化物，并保证其表面平坦。氧化物要同时具有绝缘和平坦化两种功能。 11 沉积的同时进行加工防止凹凸发生的薄膜生长 偏压溅射：在基板上加有电压的同时进行溅射薄膜的方法称为偏压溅射。控制偏压大小，使元件表面的平面处的溅射沉积速率与反溅射的刻蚀速率相等；而倾斜面的刻蚀速率大于沉积速率，进而实现平坦化。 12 沉积的同时进行加工防止凹凸发生的薄膜生长 去除法：通过将填孔后不需要的部分去除掉来实现平坦化。 13 薄膜生长后再加工实现平坦化 涂布平坦化：在凹凸严重的表面上涂布流动液体，经热处理该液体变为绝缘层而附在表面并实现平坦化。该方法的关键是涂布材料。 14 薄膜生长后再加工实现平坦化 激光平坦化：通过激光照射，使局部膜层熔化而流入孔中来实现平坦化的技术。 回流平坦化：通过升温，使凹凸严重的绝缘膜达到流动化，可达到与涂布平坦化同样的效果。 利用回流实现平坦化示意图 15 薄膜生长后再加工实现平坦化 刻蚀平坦化：即使出现凹凸，也可以在该表面涂覆易于流动化的液体，再经热处理，使表面初步平坦；进而再均匀刻蚀实现平坦化。 阳极氧化与离子注入：通过阳极氧化或离子注入使未被光刻胶覆盖的部分成为绝缘体。注意防止对下层元件造成损伤。 16 化学机械研磨(CMP) 定义：通过比去除低处图形更快的速率去除高处图形以获得均匀表面，是一种化学和机械作用相结合的平坦化过程。 化学作用：研磨液中的化学品和硅片表面发生化学反应，生成比较容易去除的物质。 机械作用：研磨液中的磨粒和硅片表面材料发生机械物理摩擦，去除化学反应生成的物质。 CMP是表面全局平坦化技术。 CMP技术平坦化后台阶高度可控制到5 nm左右。 17 化学机械研磨(CMP) CMP技术的优点： 能获得全局平坦化。 对于各种各样的硅片表面都能平坦化。 可对多层材料进行平坦化。 减小严重的表面起伏，使层间介质和金属层平坦，可以实现更小的设计图形，更多层的金属互连，提高电路的可靠性、速度和良品。 解决了铜布线难以刻蚀良好图形的问题。 通过减薄表层材料，可以去掉表面缺陷。 CMP是湿法研磨，不使用干法刻蚀中常用的危险气体。 CMP可以实现设备自动化、大批量生产、高可靠性和关键参数控制。 CMP技术的缺点 影响平坦化质量的工艺因素很多且不易控制。 CMP进行平坦化的同时也会引入新的缺陷。 需要配套的设备、材料、工艺控制技术，这是一个需要开发、提高的系统工程。 设备、技术、耗材、维护等十分昂贵。 18 化学机械研磨(CMP) CMP工作原理图 19 气体离化团束(GCIB)加工平坦化 左图：Si表面生长多晶硅后用CO2离化团束辐照前后的表面粗糙度变化 20 大马士革法布线 定义：在金属、木材、陶瓷等中，按刻制的图形镶入金、银、黄铜等的工艺，又称为镶嵌法布线。采用Cu-CMP的大马士革镶嵌工艺是目前唯一成熟和已经成功用于IC制造中的铜图形化工艺。 与传统布线法的区别主要是单层金属导线的制作方式不同： 镶嵌技术最主要的特点是不需要进行金属层的蚀刻。当金属导线的材料由铝转换成电阻率更低的铜的时候，由于铜的干蚀刻较为困难，因此镶嵌技术对铜制程来说便极为重要。 21 习题 试举例说明使用偏压溅射实现平坦化的原理 何为CMP？请描述CMP的工艺过程。