直接浅沟道隔离平坦化技术的研究及应用

论文摘要

随着半导体技术的不断发展,器件尺寸越来越小,因而对于器件间的隔离性能的要求也越来越高。进入到0.35μm及以下工艺以后,LOCOS(Local Oxidation of Silicon)工艺因其种种局限无法满足要求,进而产生了浅沟道隔离(STI)技术。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。对STI的平坦化,基于CMP对不同密度图形研磨均匀性的考虑,传统的浅沟道隔离平坦化(STI CMP)工艺已经无法满足要求。直接浅沟道隔离平坦化(DSTI CMP)工艺由于使用了高选择比的二氧化铈研磨液,具有更好的片内平整度(Within wafer uniformity)和更小的碟形化程度,从而成为了0.18微米及以下高端工艺的主流技术。本文在介绍了化学机械平坦化及STI CMP的基本原理的基础上,能通过对传统浅沟道隔离平坦化与直接浅沟道隔离平坦化的比较,来分析阐述它们各自的优缺点和DSTI CMP的必要性。由于DSTI CMP的基础在于二氧化铈研磨液的使用,为建立DSTI CMP工艺系统,必须先选择研磨液。我们将通过实验来比较三种不同二氧化铈研磨液在实验片上的研磨性能,选择具有较好性能的研磨液,并以此研磨液建立可应用于0.18μm及以下工艺的双步DSTI CMP工艺系统。双步DSTI CMP工艺系统应用到产品生产线后,晶片表面薄膜的厚度更加稳定,均匀度更好,碟形化程度也得到很大改善,使得产品的良率得到了大幅度的提高。通过对该系统在研磨终点和研磨程序上的优化设计和应用,来提高工艺的稳定性和准确度,降低工艺成本,并增加工艺产能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 集成电路概述
• 1.2 化学机械平坦化（CMP）概述
• 1.2.1 CMP 的原理
• 1.2.2 CMP 的优点及必要性
• 1.2.3 研磨液的种类
• 1.2.4 CMP 的研磨机理及应用
• 1.3 本文的研究目的与内容
• 第二章 传统STI CMP 与DSTI CMP 工艺技术对比分析
• 2.1 STI CMP 与DSTI 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
• 第三章 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，NU%）的对比分析
• 3.3.3 晶片表面缺陷（Defect）的对比分析
• 3.3.4 蝶形化程度（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
• 第四章 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 工艺在产品生产中的应用研究
• 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
• 第五章 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
• 第六章 总结与未来展望
• 6.1 总结
• 6.2 CMP 工艺技术的展望
• 致谢
• 参考文献