CMP小结抛光化学机械抛光(CMP〕是一步关键的平坦化工艺,它需要平衡高度集成化和许多工艺参数。主要抛光要参数是:研磨垫的构成、研磨垫的压力、研磨垫旋转速度、机台旋转速度、磨料浆的流速、磨料浆的化学成分、磨料浆的材料选择性。加之对光刻工艺平整度的改善,CMP使双大马士革图形化抛光和铜金属化工艺得以实现。

 

回流

一些器件设计使用一层硬平整化涂层或多层。通常淀积具有4%-5%硼掺杂的二氧化硅,称抛光为硼硅玻璃(BSG)。由于硼的存在使二氧化硅在相对低的温度(小于500℃)液化流动,形成平坦抛光的表面。

玻璃

抛光另一种硬平坦化层为旋转涂敷玻璃层(SOG)。玻璃层为二氧化硅和一种易挥发溶剂的混合抛光体。旋转涂敷在晶圆表面后,烘焙玻璃膜,留下平坦的二氧化硅膜。旋转时玻璃是易碎的,有时在其中添加1%-10%的碳来增加抗裂性。

 

  • 图像反转

在曝光小尺寸图形时,我们倾向于使用正胶,这一点在前面已经讨论过。其中一点就是正胶适于使用暗场掩模版做孔洞。暗场掩模版大部分被铬覆盖,因为铬不会像玻璃一样易损,所以缺陷比抛光较少。然而,一些掩模版用来曝光岛区。而不是孔洞,比如金属层掩模版上是岛区图形。遗憾的是,抛光用正胶做岛区的光刻需要使用亮场掩模版,而它的玻璃容易損伤。

 

一种使用正胶和暗场掩模版做出岛区的工艺是图像反转。它采用了传统的暗场掩膜版成像的方法(参见下图),在曝光结束后,光刻胶里的图像与想要得到的图像是相反的,也就是说,如果抛光接着显影的话,会得到孔洞而不是岛区。

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图像反转工艺的主要步骤为将涂胶的晶圆放置在有氨蒸气的真空烘箱中。氨蒸气穿透光刻胶,抛光改变其极性。将晶圆从真空烘中取出,再进行泛光曝光,从而完成了整个图像反转工艺。氨气烘焙和泛光曝光的效果是改变曝光区域和非曝光区域的相对分解率,在接下来的显影步便可以实现。这一工艺可以实现与非图像翻转工艺同样的分辨率。

 

  • 反差增强层

光学投影系统的分辨率由于镜头和光线波长的限制,已经接近极限。正是这两个极限因素的存在,使得光刻胶的反差阈值也变得很重要,因为使用紫外线或深紫外线的能量和短曝光时间,曝光波的能量强度变化,使得光刻胶中的图像变得模糊。

 

一种方法可以降低阈值,称为反差增强层(CEL),就是在光刻胶上面涂一层,该层最初对抛光光辐射是不透明(参见下图)。在曝光循环中,CEL变白(透明的),从而允许光线通过它进入下面的光刻胶。CEL在变成透明物质前,首先对高强度光线响应,实际上在变成透明物质前,等于抛光保存了低强度光线。结果就是光刻胶接受到均匀的高强度能量照射,使得分辨率提高。可以将CEL抛光想象成双层光胶系统中的上层光刻胶,在这上面薄层中形成图形。

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CEL在显影前被一种喷涂化学试剂除去,然后对晶进行常规显影。具有1•0m分辨能力的抛光正胶通过CEL可以做出0,5um图形。

 

  • 染色光刻胶

在光刻胶生产过程中可以加入各种各样的染色剂。一种染色剂在曝光时可以具有一种或几种作抛光用。一种作用可能是吸收辐射光线,借此可以削弱及射光的影响,将驻波效应减到最小。另一种作抛光用可以改变显影时光籃胶聚合物的分解率。这一作用可以产生清晰的显影线条(增大反差)。染色剂的一个重要作用是消除淀积材料穿过表面台阶细线条处发生的凹口。对光刻胶添加染色剂会增抛光加光时间5%-50%”。

 

改进刻蚀工艺

在光刻胶中形成正确的图形是非常关键的一步,但对于晶圆上的图形定义,只有这一步是不够抛光的。我们还需精确地控制刻蚀工艺。目前有几种技术可以帮助刻图形定义。

 

剥离工艺

在表面层中的图形尺寸最终是由曝光和刻工艺共同决定的。在工艺中,有钻蚀(光刻胶支撑)的地方是个问题,例如铝刻蚀,尺寸变化的刻蚀成分可能是决定性的因素。

 

一种可以消除刻蚀变差的方法称为剥离工艺(参见下图)。在这一工艺中,晶圆经过显影过抛光程,在需要淀积图形的地方留下孔隙。通过调整曝光工艺和显影工艺,使孔隙到壁产生负斜面。

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接着,在晶圆表面进行淀积,淀积物覆盖整个晶表面并进入孔隙中。然后,将晶圆表面光刻抛光胶除去,光刻胶会连带将盖其上的淀积物一并去除,这样就只留下了孔孔隙中的淀积物,即所需的图形。通常去除步骤会伴随超声波激励,这样有助于在光刻胶边缘的淀积形成清晰的断裂界线。抛光光刻胶和淀积膜去除后,在晶圆表面留下了希望的图形。

 

自对准结构

过刻蚀会使两个结构的距离比预想的近。而工艺制成中,不可避免地存在过刻忡,所以各个结构的对准变得至关重要。一种解决办法就是自对准结构,比如MOS器件的栅极。栅极的定义同时也定义了源/漏极(参见下图)。打开源漏区域是简单的刻蚀去除氧化物的过程,源/漏区域薄的氧化层保证了栅极上的氧化层不会被刻蚀光。接下来的离子注入将离子注入在栅极附近源/漏区。使用不同的氧化层厚度和浸没式刻蚀的这种基本技术可以抛光定义/刻蚀其他结构。该设计使用栅极做注入阻挡层。

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刻蚀轮廓控制

各向异性刻蚀的概念用来说明形成直(或接近直)刻蚀墙的一种方法,当抛光层实际上是多层不同材料叠在一起时,该问题变得更复杂(参见下图)。使用选择性比较差抛光的刻蚀剂会形成宽度不同的层面[参见下图)。多层刻蚀轮廓控制必须综合考虑刻蚀剂化学成抛光、功率水平、系统压力和设计。

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