最新平坦化工艺2PPT课件.ppt
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1、平坦化工艺平坦化工艺2 2概要:概要:简单的说就是在晶片的表面保持平整平坦的工艺简单的说就是在晶片的表面保持平整平坦的工艺 随着半导体工业飞速发展,电子器件尺寸缩小,随着半导体工业飞速发展,电子器件尺寸缩小,要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级要求晶片表面可接受的分辨率的平整度达到纳米级。传统的平面化技术,如选择淀积、旋转玻璃法等,仅传统的平面化技术,如选择淀积、旋转玻璃法等,仅仅能够局部平面化技术,但是对于微小尺寸特征的电仅能够局部平面化技术,但是对于微小尺寸特征的电子器件,必须进行全局平面化以满足上述要求。子器件,必须进行全局平面化以满足上述要求。90年年代兴起的新型化学机械抛光技
2、术则从加工性能和速度代兴起的新型化学机械抛光技术则从加工性能和速度上同时满足了硅片图形加工的要求,是目前几乎唯一上同时满足了硅片图形加工的要求,是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。的可以提供全局平面化的技术。旋涂膜层平坦化二二 化学机械平坦化(化学机械平坦化(CMPCMP)简介)简介2.1现代科技对平坦化的要求现代科技对平坦化的要求l随着半导体工业的飞速发展,为满足现代微处随着半导体工业的飞速发展,为满足现代微处 理器和其理器和其他逻辑芯片要求,硅片的刻线宽度越来越细。集成电路他逻辑芯片要求,硅片的刻线宽度越来越细。集成电路制造技术已经跨入制造技术已经跨入0.13u um 和和300mm
3、时代,按照美国半时代,按照美国半导体工业协会导体工业协会(SIA)提出的微电子技术发展构图,提出的微电子技术发展构图,到到2008年,将开始使用直径年,将开始使用直径450mm 的硅片,的硅片,实现特征线实现特征线宽宽0.07u um,硅片表面总厚度变化,硅片表面总厚度变化(TTv)要求小于要求小于0.2u um,硅片表面局部平整度硅片表面局部平整度(SFQD)要求为设计线宽的要求为设计线宽的23,硅片表面粗糙度要求达到纳米和亚纳米级,芯片集硅片表面粗糙度要求达到纳米和亚纳米级,芯片集成度达到成度达到9000万个晶体管万个晶体管cm2等等2.2CMP的开始的开始l常见的传统平面化技术很多,常见
4、的传统平面化技术很多,如热流法、旋如热流法、旋转式玻璃法、回蚀法电子环绕共振法、淀积一转式玻璃法、回蚀法电子环绕共振法、淀积一腐蚀一淀积等,腐蚀一淀积等,这些技术在这些技术在IC工艺中都曾得工艺中都曾得到应用,到应用,但是它们都是属于局部平面化技术,但是它们都是属于局部平面化技术,不能做到全局平面化。不能做到全局平面化。l965年年Walsh和和Herzog首次提出了化学机械抛光技术首次提出了化学机械抛光技术(CMP)之后逐渐被应用起来。之后逐渐被应用起来。CMPCMP的优点的优点在半导体行业,在半导体行业,CMP最早应用于集成电路中基材最早应用于集成电路中基材硅片的抛光硅片的抛光。l1990
5、年,年,IBM 公司率先提出了公司率先提出了CMP全局平面化全局平面化技术,并于技术,并于1991年成功应用于年成功应用于64Mb的的DRAM 生产中之后,生产中之后,CMP技术得到了快速发展。技术得到了快速发展。CMP的研究开发工作过去主要集中在以美国为主的的研究开发工作过去主要集中在以美国为主的联合体联合体SEMATECH,现在已发展到全球,如欧,现在已发展到全球,如欧洲联合体洲联合体JESSI、法国研究公司、法国研究公司LETI和和CNET、德国德国FRAUDHOFER研究所等,研究所等,日本在日本在CMP方方面发展很快,并且还从事硅片面发展很快,并且还从事硅片CMP设备供应。设备供应。
6、我国台湾和韩国也在我国台湾和韩国也在CMP方面研究较多,方面研究较多,l但我国国内在这方面研究者甚少。但我国国内在这方面研究者甚少。化学机械平坦化(化学机械平坦化(CMP)CMP)定义定义l化学机械平坦化(抛光)工艺是指去除硅片表化学机械平坦化(抛光)工艺是指去除硅片表面不希望存留的杂质材料,从而提高器件的成面不希望存留的杂质材料,从而提高器件的成品率,被平坦化的硅片拥有平滑的表面,每层品率,被平坦化的硅片拥有平滑的表面,每层的厚度变化较小(表面起伏较小)。填充低的的厚度变化较小(表面起伏较小)。填充低的部分或者是去掉高的部分是平坦化的两种方法。部分或者是去掉高的部分是平坦化的两种方法。化学机
7、械平坦化(化学机械平坦化(CMP)CMP)原理原理l化学机械平坦化是一种全局的平坦化技术,是唯一能提化学机械平坦化是一种全局的平坦化技术,是唯一能提供硅片全局平坦化的一种方法。他通过硅片和一个抛光供硅片全局平坦化的一种方法。他通过硅片和一个抛光头之间的相对运动来平坦化硅片表面,在硅片和抛光头头之间的相对运动来平坦化硅片表面,在硅片和抛光头之间有磨料,并同时施加压力。之间有磨料,并同时施加压力。CMPCMP设备也称为抛光机,设备也称为抛光机,在一台抛光机中,硅片放在一个硅片固定器或载片头上,在一台抛光机中,硅片放在一个硅片固定器或载片头上,并面向转盘上的抛光垫并面向转盘上的抛光垫lCMPCMP通
8、过比去除低处图形块的速度去除高出图形来获得通过比去除低处图形块的速度去除高出图形来获得均匀的硅片表面,由于它能精确并均匀地把硅片抛光为均匀的硅片表面,由于它能精确并均匀地把硅片抛光为需要的厚度和平坦度,已称为一种最广泛的技术。需要的厚度和平坦度,已称为一种最广泛的技术。l一般的化学机械抛光系统构造整个系统是由三一般的化学机械抛光系统构造整个系统是由三大部分组成。大部分组成。1一个旋转的硅片夹持器一个旋转的硅片夹持器 2承载抛光垫的工作台承载抛光垫的工作台 3抛光浆料供给装置抛光浆料供给装置化学机械平坦化的原理图平坦化的4个术语CMPCMP设备设备lCMPCMP是采用把一个抛光垫粘在转盘的表面来
9、进行平坦化,在抛光的时是采用把一个抛光垫粘在转盘的表面来进行平坦化,在抛光的时候一个磨头装有一个硅片,大多数的生产性抛光机都是有多个转盘合候一个磨头装有一个硅片,大多数的生产性抛光机都是有多个转盘合l抛光垫,以适应抛光不同材料的需要。抛光垫,以适应抛光不同材料的需要。磨头磨头l磨头(抛光头)是使硅片保持在转盘表面抛光垫的上方,磨头(抛光头)是使硅片保持在转盘表面抛光垫的上方,磨头向下的力和相对于转盘的旋转运动能影响均匀性,在磨头向下的力和相对于转盘的旋转运动能影响均匀性,在传送合抛光过程中,磨头常常用真空来吸住硅片。传送合抛光过程中,磨头常常用真空来吸住硅片。CMPCMP磨头设计磨头设计CMP
10、CMP的平整度的平整度l硅片的平整度和均匀性的概念在描述硅片的平整度和均匀性的概念在描述CMPCMP的作用方面的作用方面很重要。平整度描述了从微米到毫米范围内硅片表很重要。平整度描述了从微米到毫米范围内硅片表面的起伏变化,均匀性是在毫米到厘米尺度下测量面的起伏变化,均匀性是在毫米到厘米尺度下测量的,反映整个硅片上膜层厚度的变化。的,反映整个硅片上膜层厚度的变化。l平整度(平整度(DPDP)是指相对于)是指相对于CMPCMP之前的某处台阶高度,之前的某处台阶高度,在做完在做完CMPCMP之后,这个特殊台阶位置处硅片表面的平之后,这个特殊台阶位置处硅片表面的平整程度。整程度。DP=DP=平整度平整
11、度 之前在硅片表面的一个特殊位置,最高和最低台阶的高之前在硅片表面的一个特殊位置,最高和最低台阶的高度差度差。之后在硅片表面的一个特殊位置,最高和最低台阶的高度差。之后在硅片表面的一个特殊位置,最高和最低台阶的高度差。三三 CMP CMP的机理的机理l有两种机理可以解释是如何来进行硅片表面平坦化的:有两种机理可以解释是如何来进行硅片表面平坦化的:1 1、表面材料与磨料发生化学反应生成一层相对容易去除的、表面材料与磨料发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层,表面层,2 2、这一反应生成的硅片表面层通过磨料中研磨剂和研磨压、这一反应生成的硅片表面层通过磨料中研磨剂和研磨压力与抛光垫的相对运动被机
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