神马文学网化学机械抛光[综合电子]
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/28 03:07:45
化学机械抛光（CMP）是一种还不足20年历史的技术,它由IBM公司于1980年代中期开发出来的。利用这种技术可以使多层SiO2介质（SiO2Inter level Dielectric,ILD）平面化,使多于三层的金属层能集成在一起,实现高密度连线。这种技术源于硅的抛光工艺。利用了CMP工艺,使随后的多层结构能在一个近乎平坦的平面上进行制备。
最初CMP技术的应用是使ILD平面化,随后很快在半导体集成电路的跨层结构上得到了应用,主要在生产线上的后两步工艺上应用。在钨的填充孔和浅层隔离槽（Shallow TrenchIsolations）上用CMP技术能使低电阻率的Cu取代Al作连线用。因为铜目前还没有实用的腐蚀技术。用这种技术可以先在浅槽内淀积Cu,然后进行平面化处理,使Cu保留在槽内,形成Cu的连线。这种技术称为铜的嵌入式工艺。
CMP技术来源于硅片抛光工艺。它所用的设备和材料如抛光机、抛光布、抛光液等都与硅片抛光用的设备、材料等相似。从1980年代以来,设备和其它材料的消耗量得到了快速的增长。
对于SiO2的抛光而言,最初的消耗材料是抛光液和抛光布。这种抛光液是一种基本溶液中含一定量的二氧化硅颗粒,而抛光布是一种两层结构的抛光布,它的最上层是一种聚氨脂类的材料,而下层是毡层结构的毡制层。最初的抛光机是由旋转的压平盘和由旋转的带片器构成,旋转的压平盘和带片器的面朝下,面对着抛光布。抛光布的表面是经过粗糙化处理的,还带一个抛光工艺条件控制工具。抛光布在整面上都是研磨面。另外,早期的抛光机有第二个压平盘,把片子压在柔软的人造革抛光布上,以消除抛光液颗粒和其它缺陷。
对于抛光别的IDL结构而言,要用不同的抛光液。在抛光钨层或别的金属层时,抛光工艺要分为两步,第一步是先在整个金属层表面上生长一层氧化层,然后把它磨掉（抛光掉）。粗抛布和粗抛液的颗粒把最厚的氧化层先磨掉,这样金属表面便露出来了,接着再生长一层氧化层。要选用适当的金属抛光液,使这一氧化过程有自我限制作用,使这一氧化过程在磨出来的表面上自动停止下来,如果将这种工艺继续下去,金属层就会完全被抛光掉,达到平面化的目的。
在特定应用中,需要某些材料的去除速率较慢。如在对STI结构的抛光中,对Si3N4的去除速率比对SiO2的去除速率要慢得多。在使用CMP技术时,即使抛光机在继续旋转,抛光到金属层时,就会停止下来。用这样的系统进行抛光时,氮化物的厚度能得到严格的控制。一般来说,抛光液可以进行设计,可以设计成有选择性的抛光液,这样的抛光液有广泛的用途。已经可以买到多种金属抛光液,包括多晶硅抛光液和STI抛光液。
在CMP技术出现的短短的时期内,已经出现了多种改进的抛光设备,以提高工艺控制。主要控制的是在恒定压力下,控制抛光速率,提高工艺控制包括使工艺顺序的最佳化。在抛光过程中,硅片并不能均匀地去除掉抛光布的厚度。因此抛光条件控制要能重新取平抛光布以便进行抛光工艺的控制。
在CMP工艺中,主要挑战之一是去除速率可能是表面粗糙度灵敏的函数或者是抛光条件的灵敏函数。在工艺过程中,如在ILD的CMP过程中,去除速率受片子上的特定图形的影响。在实践中,对抛光片中的检测片要多进行测量,以控制抛光时间。最好能有终点检测手段,以确定什么时候某一层材料被从硅片上完全抛光除掉。
当改变抛光材料时,如在抛光铜/低k值材料结构中,抛光布和抛光液也要随之更换。例如,某些铜抛光液,对特定材料必须具有特定的选择比,如对不同的金属,不同的势垒材料、阻抛材料等,对低k值材料进行CMP抛光更是如此。铜是一种非常软的金属,新的抛光布正在开发研制中,它以减少抛光布对铜的划伤。
CMP领域日新月异,已经出现了很多变化,最大的变化是做完CMP工艺后的清洗工艺。在做完CMP工艺后,要对片子进行双面刷洗以去除表面上残留的抛光液的颗粒,特殊的非水性清洗溶液正得到广泛的应用。
最初CMP技术的应用是使ILD平面化,随后很快在半导体集成电路的跨层结构上得到了应用,主要在生产线上的后两步工艺上应用。在钨的填充孔和浅层隔离槽（Shallow TrenchIsolations）上用CMP技术能使低电阻率的Cu取代Al作连线用。因为铜目前还没有实用的腐蚀技术。用这种技术可以先在浅槽内淀积Cu,然后进行平面化处理,使Cu保留在槽内,形成Cu的连线。这种技术称为铜的嵌入式工艺。
CMP技术来源于硅片抛光工艺。它所用的设备和材料如抛光机、抛光布、抛光液等都与硅片抛光用的设备、材料等相似。从1980年代以来,设备和其它材料的消耗量得到了快速的增长。对于SiO2的抛光而言,最初的消耗材料是抛光液和抛光布。这种抛光液是一种基本溶液中含一定量的二氧化硅颗粒,而抛光布是一种两层结构的抛光布,它的最上层是一种聚氨脂类的材料,而下层是毡层结构的毡制层。最初的抛光机是由旋转的压平盘和由旋转的带片器构成,旋转的压平盘和带片器的面朝下,面对着抛光布。抛光布的表面是经过粗糙化处理的,还带一个抛光工艺条件控制工具。抛光布在整面上都是研磨面。另外,早期的抛光机有第二个压平盘,把片子压在柔软的人造革抛光布上,以消除抛光液颗粒和其它缺陷。
对于抛光别的IDL结构而言,要用不同的抛光液。在抛光钨层或别的金属层时,抛光工艺要分为两步,第一步是先在整个金属层表面上生长一层氧化层,然后把它磨掉（抛光掉）。粗抛布和粗抛液的颗粒把最厚的氧化层先磨掉,这样金属表面便露出来了,接着再生长一层氧化层。要选用适当的金属抛光液,使这一氧化过程有自我限制作用,使这一氧化过程在磨出来的表面上自动停止下来,如果将这种工艺继续下去,金属层就会完全被抛光掉,达到平面化的目的。
在特定应用中,需要某些材料的去除速率较慢。如在对STI结构的抛光中,对Si3N4的去除速率比对SiO2的去除速率要慢得多。在使用CMP技术时,即使抛光机在继续旋转,抛光到金属层时,就会停止下来。用这样的系统进行抛光时,氮化物的厚度能得到严格的控制。一般来说,抛光液可以进行设计,可以设计成有选择性的抛光液,这样的抛光液有广泛的用途。已经可以买到多种金属抛光液,包括多晶硅抛光液和STI抛光液。
在CMP技术出现的短短的时期内,已经出现了多种改进的抛光设备,以提高工艺控制。主要控制的是在恒定压力下,控制抛光速率,提高工艺控制包括使工艺顺序的最佳化。在抛光过程中,硅片并不能均匀地去除掉抛光布的厚度。因此抛光条件控制要能重新取平抛光布以便进行抛光工艺的控制。
在CMP工艺中,主要挑战之一是去除速率可能是表面粗糙度灵敏的函数或者是抛光条件的灵敏函数。在工艺过程中,如在ILD的CMP过程中,去除速率受片子上的特定图形的影响。在实践中,对抛光片中的检测片要多进行测量,以控制抛光时间。最好能有终点检测手段,以确定什么时候某一层材料被从硅片上完全抛光除掉。
当改变抛光材料时,如在抛光铜/低k值材料结构中,抛光布和抛光液也要随之更换。例如,某些铜抛光液,对特定材料必须具有特定的选择比,如对不同的金属,不同的势垒材料、阻抛材料等,对低k值材料进行CMP抛光更是如此。铜是一种非常软的金属,新的抛光布正在开发研制中,它以减少抛光布对铜的划伤。
CMP领域日新月异,已经出现了很多变化,最大的变化是做完CMP工艺后的清洗工艺。在做完CMP工艺后,要对片子进行双面刷洗以去除表面上残留的抛光液的颗粒,特殊的非水性清洗溶液正得到广泛的应用。
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