第九章金属化与多层互连硅集成电路工艺基础教学课件.pptVIP

9.5.5、 CMP工艺 CMP平坦化技术对金属层和介质层都可以实现全局平坦化，如图是CMP设备和工艺的示意图。 对硅片进行CMP时，硅片被压在研磨盘上，硅片与研磨盘之间有一层研磨剂，硅片与研磨盘都以一定速率转动，利用研磨剂提供的化学反应和硅片在研磨盘上承受的机械研磨，把硅片表面凸出的部分除去，最终实现平坦化。 CMP技术的基本工艺元素是磨盘和磨料： 在许多情况下，CMP中往往要两个磨盘同时使用，其中较硬的磨盘能形成好的局部平整度，而较软的磨盘可提供大面积的磨蚀均匀度。 对于磨料来说，要求具有高磨蚀率、较好的平整度、局部薄膜均匀性、高选择性等。磨料中包含有反应剂(氧化剂)和摩擦剂。摩擦剂颗粒的硬度一般要与所磨蚀的材料基本相同。 CMP工艺在应用中最主要的问题： CMP终点探测，通常需要使用中止层作为CMP终点标志； 研磨产物的清洗，现在主要使用刷洗、喷洗、超声波清洗等方法。 在镶嵌结构的Cu互连技术中，对Cu的CMP是一个较大的技术挑战。 Cu很软，又容易氧化，需要采用弱氧化剂和弱摩擦剂，而Ta却非常坚硬，不容易氧化，需要采用强氧化剂和强摩擦剂，因此，同时对Cu和Ta进行CMP将造成显著的磨痕缺陷。 因此，一般需要采用多步CMP工艺，应用多种CMP磨料，不同的磨料其刻蚀率和刻蚀选择性不同，通过改进磨盘材料和磨料的配比成份，以减少CMP对Cu的缺陷损伤，特别是减小磨料对Cu的腐蚀。 优化的CMP工艺 采用无摩擦剂的磨料和聚胺亚酯磨盘，Cu-CMP工艺与金属势垒层的干法刻蚀工艺相结合，磨蚀和磨痕的总深度为50nm，仅为传统CMP工艺的五分之一。 Cu-CMP两步工艺，在对Cu无腐蚀的三种新型磨料中，加入一些腐蚀抑制剂并改进摩擦剂成份，大大减小CMP过程中磨料对Cu的腐蚀作用，显著改善了CMP后Cu表面的缺陷特征。 改进的无缺陷CMP工艺的表面特征 CMP后必须立即对表面进行清洗，因为CMP过程不可避免地引入污染，包括残留的磨料成分和磨蚀掉的金属离子，必须去除，否则会对表面起浸蚀作用。国外研发了“干进干出”的 CMP设备，包括研磨、清洗和烘干工序。 Cu在空气中容易氧化，且不能形成自保护膜来阻止进一步氧化和腐蚀。因此当CMP工艺完成后，须立即为Cu表面生长一层保护膜。目前普遍采用在Cu表面淀积一层Si3N4或选择性淀积一层W作为Cu表面保护膜的方法。 Post-CMP 9.5.6、 接触孔和通孔的形成和填充 如图是台阶覆盖与通孔深宽比的关系。 可以看出，通孔的形状对后续的金属薄膜淀积有很大影响。 在互连体系中，第一层金属与器件有源区的连接孔被称为接触孔，而两层金属之间的连接孔称为通孔。 在接触孔和通孔的填充过程中，台阶覆盖问题不可避免。 叠置类型： 上下层通孔在同一位置，第二层金属将有更大的台阶，整个硅片上通孔的高度会有一个很大的变化范围，如图所示。 非叠置类型 通孔类型 对双层互连的通孔设计需要遵守以下规则： (1)对介质层只能使用第一种类型平坦化技术，以保证所有通孔高度一致； (2)不能使用叠置类型的通孔； (3)与第二层金属的连接必须通过第一层金属； (4)通孔应该是非垂直形状，以取得较好的台阶覆盖。 此外，为保证互连系统的可靠性，以下规则必须遵守： (1)下层金属必须宽于通孔宽度，否则金属线下的绝缘介质会遭到破坏； (2) 考虑到通孔边的斜率，需要保证一定的最小通孔间距； (3)上层金属必须宽于通孔宽度．以保证对通孔的覆盖。 通孔设计规则 随着工艺技术的发展，完全填充的垂直通孔技术开始运用，使用这种结构可以减小通孔所需要的面积，并且对于叠置类型通孔的使用不必考虑前述规则，有利于集成度的提高。 目前使用较多的是CVD钨和两步法高温溅射铝。 CVD钨方法：通过CVD淀积钨薄膜，再进行回刻除去多余的钨，可以实现对垂直通孔很好的填充。 两步法高温溅射铝：铝在高温下具有的较高的表面迁移率，有很好的台阶覆盖能力，可以实现对垂直通孔的完全填充。一般先在较低温度下溅射生长一层纯铝，覆盖通孔的侧壁和底部，并作为第二层的种子层； 然后在较高温度下溅射生长Al:Cu，实现对通孔的完全填充。 铜互连技术也是一种完全填充的垂直通孔技术（大马士革工艺）。 完全填充的垂直通孔技术 什么是Al/Si接触中的尖楔现象？采用什么方法改进Al-Si接触，抑制尖楔现象？ 什么是电迁移现象？改进电迁移现象的方法？ 多晶硅/硅化物复合栅 双镶嵌工艺流程 作业 低K介质刻蚀后的清洗包括物理和化学清洗两种方式。物理清洗主要是利用清洗剂(如去离子水等)对残留物的物理冲刷作用，清除表面残留物。化学清洗是利用清洗剂与残留物的化学反应，形成易挥发或易溶解的产物