基于0.13μm及以下制程的直接浅沟道隔离平坦化技术的研究及应用

论文摘要

浅沟道隔离是目前大规模集成电路制造中用于器件隔离的主要方法,而化学机械平坦化(CMP)技术是当今半导体制造中形成浅沟道隔离(STI)的关键技术。随着工艺技术发展到0.13微米甚至更小,器件对于氮化硅的损耗和碟形化有了更加严格的要求,这是传统的浅沟道隔离平坦化所无法满足的。由于高研磨率、高选择比的二氧化铈(CeO2)研磨液的应用,直接浅沟道隔离平坦化技术可以更好地控制氮化硅损耗和碟形化,使其成为0.13微米及以下高端制程的主流技术。本文在介绍了化学机械平坦化及浅沟道隔离平坦化(STI CMP)的基本原理的基础上,通过对浅沟道隔离平坦化与直接浅沟道隔离平坦化(DSTI CMP)的比较,阐述了DSTI CMP的优点和必要性。DSTI CMP的基础是二氧化铈研磨液的使用,通过实验,我们对比了三种二氧化铈研磨液在0.13微米实验片上的研磨性能,选择具有较好性能的A研磨液,并以此建立了双步DSTI CMP工艺系统。建立的双步DSTI CMP工艺应用于0.13微米产品生产线后,晶片表面薄膜的厚度更加稳定,碟形化程度得到很大改善,产品的良率大幅提高。通过对双步DSTI CMP工艺在工艺终点和工艺产能方面的改善和优化,提高了工艺稳定性和精确度,降低了工艺时间与工艺成本,大幅提高了产能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 集成电路工艺技术概述
• 1.2 化学机械平坦化（CMP）概述
• 1.2.1 CMP 的历史
• 1.2.2 CMP 的基本原理
• 1.2.3 CMP 平坦化的必要性及优点
• 1.2.4 CMP 研磨料种类
• 1.2.5 CMP 的研磨机理
• 1.2.6 CMP 的应用
• 1.3 本文的研究目的与内容
• 2 传统STI CMP 与DSTI CMP 的工艺技术对比分析
• 2.1 STI CMP 工艺技术简介
• 2.1.1 浅沟道隔离（STI）的工艺流程
• 2.2 传统STI CMP 工艺
• 2.2.1 传统STI CMP 工艺流程
• 2.2.2 传统STI CMP 工艺的优缺点分析
• 2.3 直接浅沟道隔离平坦化（DSTI CMP）工艺
• 2.3.1 DSTI CMP 工艺流程
• 2.3.2 DSTI CMP 工艺的优缺点分析
• 2.4 传统STI CMP 工艺与DSTI CMP 工艺的对比分析
• 2.5 本章小结
• 3 不同二氧化铈研磨液研磨效果的对比分析
• 2研磨液的选择'>3.1 CeO₂研磨液的选择
• 3.2 实验条件的设计
• 3.2.1 实验设备
• 3.2.2 实验材料
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 实验结果及讨论
• 3.3.1 晶片表面薄膜厚度的对比分析
• 3.3.2 晶片表面薄膜不平整度（Non Uniformity）的对比分析
• 3.3.3 晶片表面缺陷（Defect）的对比分析
• 3.3.4 碟形化程度（Dishing）的对比分析
• 3.3.5 最终台阶高度（Final Step Height）的对比分析
• 3.4 本章小结
• 4 双步DSTI CMP 工艺的工程应用
• 4.1 双步DSTI CMP 工艺的流程及原理
• 4.2 双步DSTI CMP 工艺在0.13μm 逻辑产品中的应用研究
• 4.2.1 研磨液供应系统的设计
• 4.2.2 双步工艺时间的确定
• 4.3 双步DSTI CMP 工艺的工程应用效果验证
• 4.4 本章小结
• 5 双步DSTI CMP 工艺的优化研究
• 5.1 双步DSTI CMP 工艺研磨终点的优化设计
• 5.1.1 背景分析
• 5.1.2 实验方案设计
• 5.1.3 实验结果与讨论
• 5.2 双步DSTI CMP 工艺产能的优化设计
• 5.2.1 背景分析
• 5.2.2 实验方案设计
• 5.2.3 实验结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 6 总结与未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文