第18章 化学机械平坦化精选.ppt

在高线条密度区域的CMP侵蚀 钨互连 (软材料，高抛磨速率) 侵蚀 氧化硅 (硬材料，低抛磨速率) * 另一个不希望的CMP效果是凹陷，凹陷是指图形中央位置材料厚度的减小。它被定义为金属线条中心和SiO2层最高点的高度差。凹陷的多少与被抛光的线条宽度有关，线条越宽，凹陷就可能越多。抛光垫的硬度也对凹陷有影响。 * 侵蚀带来的不完全通孔刻蚀问题 SiO2 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 * 大图形中的CMP凹陷现象 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) * 四．终点检测 在CMP工艺中，CMP设备要有检测到把材料磨到一个正确厚度的能力。有些CMP应用对终点检测来说是简单的，如抛光钨覆盖层时由于高的选择比，抛光会在下面的介质氧化层上停下来。然而其他的应用因为CMP工艺变量之多为精确估计抛光时间带来了困难。目前最常用的原位终点检测方法是电机电流终点检测和光学终点检测。 * 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 Time Motor Current W/Ti/TiN W TiN/SiO2 SiO2 * 终点检测的光学干涉 氧化硅 硅 硅片 磨头 光 至光学探测器 光纤 * 五．CMP清洗 CMP清洗的重点是去除抛光工艺中带来的所有沾污物。这些沾污物包括磨料颗粒、被抛光材料带来的任何颗粒以及从磨料中带来的化学沾污物。 * 工艺线直击——CMP * 16.3 CMP应用 16.3.1 浅槽隔离（STI）氧化硅抛光 STI是用来在硅片表面的器件之间形成隔离区。STI已经取代硅的局部氧化技术，主要是因为STI技术在器件结构中有更高的空间使用率。 * STI中的填充氧化层是用CMP技术磨去比氮化硅层高的所有氧化硅，从而实现平坦化。 氮化硅的作用是在CMP中作为一个抛光阻挡层，通过终点检测在从氧化硅过渡到氮化硅的时候停止抛光过程。氮化硅的厚度也决定了允许的CMP过抛光量，使抛光过程不至于把器件的有源区曝露并带来损伤。 * STI填充氧化硅CMP * 16.3.2 局部互连（LI）氧化硅抛光 局部互连为实际器件提供穿过ILD-1层的金属连线。LI金属一般是钨，用来连接晶体管和衬底层上的各个端点。淀积一层掺杂氧化硅用作LI氧化硅。ILD-1氧化硅把实际器件与LI金属在电学上隔离开来，并自然地把器件和可动离子沾污等污染源隔离开来。 * 在淀积以后，LI氧化硅层有多余的厚度并有与表面图形一致的表面形貌。LI氧化层需要用CMP进行平坦化，使最终厚度达到800?。 * CMP平坦化前后的LI氧化硅层 * 13.3.3 LI钨抛光 局部互连是通过在ILD-1中制作通孔和源漏接触孔的连线图形而成的。淀积在通孔中的金属钨形成钨塞，淀积在沟槽中的金属钨形成局部互连线。在淀积钨之前，先淀积一层薄的Ti/TiN复合膜，Ti改善金属钨与SiO2的粘附，TiN作为金属钨的扩散阻挡层并有助于改善源漏接触电阻。然后淀积的金属钨覆盖整个硅片表面，对通孔和沟槽进行填充。CMP是用来抛光金属钨的，同时用氧化层作抛光停止层。 * 13.3.4 ILD氧化硅抛光 淀积在金属层之间的层间介质（ILD）用来对金属导体进行电绝缘。它通常是高密度等离子体CVD淀积后，紧接着进行PECVD淀积。这是因为HDPCVD氧化层具有优良的细缝隙填充特性，而PECVD可以提高产量和降低成本。氧化层用CMP抛光至特定的厚度，因为没有抛光停止层，ILD氧化层抛光需要有效的终点检测。 * ILD 氧化层抛光 * 16.3.5 钨塞抛光 光刻在ILD氧化层上制出图形，通过刻蚀制出通孔。为了粘附好，先淀积一层薄的Ti，然后淀积一层TiN阻挡层，再淀积钨覆盖所有的通孔和ILD氧化层表面。接着用CMP把钨抛光至ILD氧化层表面，很方便地利用了氧化硅作为停止层。这一步制作了金属钨塞，使相邻的金属层实现了电连接。 * 16.3.6 双大马士革铜抛光 CMP用来抛光通孔和双大马士革结构中用的细铜线。