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半导体制造中传统的平坦化技术

20世纪70年代出现了多层金属技术,但伴随其出现的较大的表面起伏也成为了亚微米图形制作的不利因素,如下图所示。更高的芯片封装密度加剧了表面的起伏程度。随着IC设计中越来越频繁的使用多层金属技术,并要求更小的器件和内连线尺寸,先进IC的表面出现更高的台阶和深宽更大的沟槽,使得台阶覆盖和沟槽填充变得更困难。表面起伏的主要负面影响是在光刻时对线宽失去了控制,由它引起的光刻胶厚度不均匀是限制亚0.25um光刻的主机因素。
1-不平坦的IC表面

在CMP未诞生之前的传统的化方法有:反刻,玻璃回流和旋涂膜层三种。

反刻:

由表面图形形成的表面起伏可以用一层厚的介质或其他材料作为平坦化的牺牲层来进行平坦化,这一层牺牲材料填充空洞和表面的低处。然后用干法刻蚀技术刻蚀这一层牺牲层,通过用比低处图形快的刻蚀速率刻蚀掉高处的图形来使表面平坦化。这被称为反刻平坦化。刻蚀过程一直进行,直到被刻蚀的介质层达到一个最后的厚度,同时平坦化材料仍然填充着表面的低处。这种把表面相近的台阶变得平滑是属于局部平坦化。反刻不能实现全局的平坦化。

2-反刻平坦化

玻璃回流:

硼磷硅玻璃(BPSG)和其他掺杂氧化硅早已被用做层间介质,是采用常压化学气相淀积法淀积的。玻璃回流是在升高温度的情况下给掺杂氧化硅加热,使它发生流动。BPSG的这种流动性能用来获得台阶覆盖处的平坦化或用来填充缝隙,如此就可以获得在图形周围进行部分平坦化的方法。BPSG在图形覆盖处的回流能获得部分平坦化,但不足以满足深亚微米IC中的多层金属布线技术的要求

3-BPSG回流平坦化

旋涂膜层:

硼涂膜层是在硅片表面上旋涂不同液体材料以获得平坦化的一种技术,主要用做层间介质。这项技术在0.35um及以上器件的制造中常普遍就用于和填充缝隙。旋涂利用离心力来填充图形低处,获得表面形貌的平滑效果。这种旋涂法的平坦化能力与许多因素有关,如溶液的化学成分、分子得量以及粘滞度。旋涂的膜层材料是有机或无机的材料,包括光刻胶、SOG和多种树脂。旋涂后的烧烤蒸发掉溶剂,留下氧化硅填充低处的间隙。为了更进一步填充表面的缝隙,用CVD再淀积一层氧化硅。如同其他传统的技术一样,旋涂技术由于它在先进集成电路多层布线技术中全局化这方面的能力而受到限。4-淀积了ILD-2氧化层的旋涂膜层

5-CMP源理

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