90nm浅沟槽隔离平坦化工艺的研究与改进

摘要

浅沟槽隔离技术(Shallow Trench Isolation, STI)以突出的隔离性能,平坦的表面形貌,良好的锁定性能以及几乎没有场侵蚀,已经成为深亚微米后的主流隔离技术。新型化学材料二氧化铈研磨液的出现推动了STI CMP(Chemical Mechanical Planarization,化学机械研磨)工艺的发展,其性能稳定,对氧化硅、氮化硅有很高的选择比,使用者可以根据工艺的需要将二氧化铈研磨液和普通研磨液搭配使用,达到优化制程降低成本的目的。CMP过程中也会产生一些特有缺陷,如划伤,颗粒,研磨液残留等,典型的碟形缺陷对器件造成的影响很大,尤其是到90nm以下工艺对碟形化的要求非常严格,而划伤对硅片的可靠性有可能造成影响,都是CMP过程中应尽量避免的。CMP是一种全局平坦化技术,影响平坦化效果的机械参数有很多,如研磨头转速,研磨头压力,抛光垫的物理化学性质,抛光液的流量等,通过工艺参数的调节,能够实现很好的硅片内研磨均匀度。STI CMP对片内研磨均匀度要求很高,研磨不均匀会导致氮化硅残留,从而影响后续制程和成品率。
　　本文针对STI CMP制程中的上述问题,以一个90nm制程为主要的研究主体,分析总结了生产中遇到的主要问题,设计实验收集了大量的数据并提出改进方案,取得了一定的成果,主要内容为:
　　1.在相同制程上,对比二氧化铈研磨液和二氧化硅研磨液的研磨效果,包括研磨速率和碟形化缺陷,在试验数据的基础上总结出了基准制程,可以作为新产品制程研发的参考。
　　2.在新产品制程开发过程中,比较了基于时间的研磨方式和终点方式,对两种方式的工艺控制要点进行了研究,优化了90nm STI CMP研磨方式。
　　3.研究了一个产品上微划伤缺陷的问题,经分析并验证二氧化铈研磨液步骤研磨时间长会产生更多结晶造成划伤,通过优化制程中各个步骤的时间分配,成功的减少了微划伤对成品率的影响。
　　4.研究AMAT300MM Reflection研磨头的压力控制效果,调节研磨头压力的分布可以达到控制研磨后形貌的目的,实现更好的平坦化,在此基础上,研究了产品上边缘氮化硅的残留问题,应用研磨头的压力控制原理,改善硅片边缘的研磨速率可以减少氮化硅的残留。

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第一章 绪 论

1.1 化学机械研磨简介

1.2 隔离技术发展及STI CMP工艺简述

第二章 化学机械研磨工艺

2.1化学机械研磨的原理

2.2化学机械研磨机台

2.3 化学机械研磨的主要耗材

2.4化学机械研磨的应用

2.5 本章小结

第三章 CMP的主要工艺指标

3.1 研磨速率

3.2 均匀性

3.3 缺陷

3.4 本章小结

第四章 STI CMP研磨方式的研究

4.1早期传统STI CMP工艺

4.2 二氧化铈研磨液应用下的STI CMP工艺

4.3两步研磨法

4.4 比较二氧化硅和二氧化铈研磨液对STI碟形缺陷的影响（实验）

4.5 时间研磨法在STI CMP中的应用

4.6 终点控制研磨法在STI CMP中的应用

4.7 STI CMP制程的时间控制优化

4.8 本章小结

第五章 STI CMP主要工艺问题的改善

5.1 微划伤缺陷的改善

5.2 边缘氮化硅残留问题的改善

5.3 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果