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光电之平坦化
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光电之平坦化
为什么要实现芯片的平坦化？
为了能够在有限的圆晶片表面上有足够的金属内连线，以配合日趋精密且复杂的集成电路的发展需求，在晶片上制作两层以上的金属层，早已成为半导体工艺发展的一种趋势(尤其是在VLSI逻辑产品上更显得重要)。为了使两层金属线之间有良好的隔离效果，在制作第二层金属层之前，必须先把用来隔离这两层导线的介电层做好才行。但是，因为这层以CVD法所沉积的介电层会受到第一层金属层的轮廓的影响，因此必须加以平坦化，以利于第二层金属的光刻。平坦化以后，就可以沉积第二层金属了。
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用於晶圓平坦化的術語
表 18.1
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平坦化之定性定義
e)全面平坦化
a)未平坦化
b)平滑化
c)部分平坦化
d)局部平坦化
圖 18.2
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平坦化技术
局部平坦化的特点是在一定范围的硅片表面上实现平坦化，主要技术为旋涂玻璃（SOG）法。SOG是一种相当于SiO2的液相绝缘材料，通过类似涂胶的工艺，将其有效地填满凹槽以实现局部平坦化。
全局平坦化则主要通过化学机械抛光法（CMP）来实现，其特点是整个硅片表面上介质层是平整的。
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1 旋涂玻璃法
旋涂玻璃法(SOG: Spin- On- Glass）
SOG基本原理：把一种溶于溶剂内的介电材料以旋涂的方式涂在晶片上。介电材料可以随着溶剂在晶片表面流动，填入凹槽内。
SOG的优点：液态溶液覆盖，填充能力好。
SOG的缺点：
(1) 易造成微粒，主要来自SOG残留物，可以通过工艺和设备改善来减少。
(2) 有龟裂及剥离的现象，通过对SOG材料本身与工艺的改进来避免
(3) 有残余溶剂“释放”的问题
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SOG的制造过程可以分为涂布与固化两个阶段
涂布是将SOG以旋涂的方式覆盖在晶片的表面
固化以热处理的方法,在高温下把SOG内剩余的溶剂赶出,使SOG的密度增加,并固化为近似于SiO2的结构
SOG在实际应用上,主要是采用所谓的三明治结构:
以SOG为主的平坦化内连线的介电层,事实上是由两层以CVD法沉积的SiO2和SOG法所覆盖的SiO2等三层介电层所构成的 ,SOG被两层CVD-SiO2所包夹
制作这种介电层主要有“有回蚀”及“无回蚀”两种方法
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下图是实际应用采用的结构，这一技术可以进行制程线宽到0.5μ的沟填（Gap Fill）与平坦化。列有两种主要的SOG的平坦化流程。
制程启始于晶片已完成第一层金属层的蚀刻；
以PECVD法沉积第一层SiO2
进行SOG的涂布与固化。
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紧接着，SOG的制程将分为有/无回蚀两种方式
在有回蚀的SOG制程中，上完SOG的晶片，将进行电浆干蚀刻，以去除部分的SOG
然后再沉积第二层PECVD SiO2，而完成整个制作流程
至于“无加蚀”的SOG制程，则在晶片上完SOG之后，直接进行第二层PECVD SiO2的沉积。
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铜不适合用干法刻蚀，为了形成铜互连金属线，应用双大马士革方法以避免铜的刻蚀。在大马士革过程中，不需要金属刻蚀确定线宽和间隔，而需介质刻蚀
通过在层间介质刻蚀孔和槽，既为每一金属层产生通孔又产生引线，然后淀积铜进入刻蚀好的图形，再用CMP去掉额外的铜
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双大马士革工艺
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铜镶嵌布线
ILD
ILD
M1
Cu
SiN
Cu
通孔和金属层的铜填充同时进行，节省了工艺步骤并消除了通孔和金属线之间的界面
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传统互连流程
氧化硅通孔2刻蚀
钨淀积 + CMP
金属2淀积 + 刻蚀
覆盖 ILD 层和 CMP
双大马士革流程
覆盖 ILD 层和 CMP
氮化硅刻蚀终止层
(光刻和刻蚀)
第二层 ILD 淀积和穿过两层氧化硅刻蚀
铜填充
铜CMP
通孔和金属层的铜填充同时进行，节省了工艺步骤并消除了通孔和金属线之间的界面

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