2024年4月9日发(作者：营婉秀)

第十三章 化学机械平坦化

硅片制造涉及薄膜的淀积和生长工艺，以及之后形成器件和内部互连结构所需的多次

图形制作。先进的IC需要至少6层或更多的金属布线层，每层之间由层间介质（ILD）隔

开。建立器件结构和多层内连线会很自然的在层之间形成台阶，出现不平整的硅片表面。

层数增加时，硅片的表面起伏将更加显著，而一个可接受的台阶覆盖和间隙填充对于芯片

的成品率和长期可靠性是至关重要的。表面起伏的主要负面影响是在光刻时对线宽失去了

控制，由它引起的光刻胶厚度不均是限制亚微米光刻的主要因素。这种不均是因为受到步

进光刻机焦深的限制，也难以在刻蚀后台阶上不均匀的光刻胶上制作图形。在图13.1中，

可以看到一个单层金属IC，用以说明硅片的表面起伏。

更高的芯片封装密度加剧了表面起伏的程度，会出现更高的台阶和深宽比更大的沟槽，

使台阶覆盖和沟槽填充变得更困难，造成光刻时对线宽失去控制。

被平坦化的硅片拥有平滑的表面，填充低的部分，或去掉高的部分是使硅片表面平坦

化的两种方法。在硅片表面进行平坦化对于后续工艺步骤是很重要的。在硅片上，可以进

行局部平谈话，它只对一个芯片中近距离起伏特点起作用，也可以对包含所有芯片的整个

硅片表面进行全局平坦化。

13.1 传统的平坦化技术

13.1.1 反刻

由表面图形形成的表面起伏可以用一层厚的介质或其它材料作为平坦化的牺牲层来进

行平坦化，这一层牺牲层材料填充空洞和表面的低处。然后用干法刻蚀技术刻蚀这一层牺

牲层，通过用比低处图形快的刻蚀速率刻蚀掉高处的图形来使表面平坦化。这一工艺称为

反刻平坦化（见图13.2）。刻蚀过程一直进行，直到被刻蚀的介质层达到一个最后的厚度，

同时平坦化材料仍然填充着表面的低处。有不同的反刻工艺，这取决于图形、金属层次等。

把表面相近的台阶变得平滑是一种局部平坦化。反刻不能实现全局的平坦化。

13.1.2 玻璃回流

硼磷硅玻璃（BPSG）和其他掺杂氧化硅早已被用做层间介质，是采用APCVD淀积

的。玻璃回流是在升高温度的情况下给掺杂氧化硅加热，使它发生流动。BPSG的这种流

动性能用来获得台阶覆盖处的平坦化或用来填充缝隙，如此就可以获得在图形周围进行部

2024年4月9日发(作者：营婉秀)

第十三章 化学机械平坦化

硅片制造涉及薄膜的淀积和生长工艺，以及之后形成器件和内部互连结构所需的多次

图形制作。先进的IC需要至少6层或更多的金属布线层，每层之间由层间介质（ILD）隔

开。建立器件结构和多层内连线会很自然的在层之间形成台阶，出现不平整的硅片表面。

层数增加时，硅片的表面起伏将更加显著，而一个可接受的台阶覆盖和间隙填充对于芯片

的成品率和长期可靠性是至关重要的。表面起伏的主要负面影响是在光刻时对线宽失去了

控制，由它引起的光刻胶厚度不均是限制亚微米光刻的主要因素。这种不均是因为受到步

进光刻机焦深的限制，也难以在刻蚀后台阶上不均匀的光刻胶上制作图形。在图13.1中，

可以看到一个单层金属IC，用以说明硅片的表面起伏。

更高的芯片封装密度加剧了表面起伏的程度，会出现更高的台阶和深宽比更大的沟槽，

使台阶覆盖和沟槽填充变得更困难，造成光刻时对线宽失去控制。

被平坦化的硅片拥有平滑的表面，填充低的部分，或去掉高的部分是使硅片表面平坦

化的两种方法。在硅片表面进行平坦化对于后续工艺步骤是很重要的。在硅片上，可以进

行局部平谈话，它只对一个芯片中近距离起伏特点起作用，也可以对包含所有芯片的整个

硅片表面进行全局平坦化。

13.1 传统的平坦化技术

13.1.1 反刻

由表面图形形成的表面起伏可以用一层厚的介质或其它材料作为平坦化的牺牲层来进

行平坦化，这一层牺牲层材料填充空洞和表面的低处。然后用干法刻蚀技术刻蚀这一层牺

牲层，通过用比低处图形快的刻蚀速率刻蚀掉高处的图形来使表面平坦化。这一工艺称为

反刻平坦化（见图13.2）。刻蚀过程一直进行，直到被刻蚀的介质层达到一个最后的厚度，

同时平坦化材料仍然填充着表面的低处。有不同的反刻工艺，这取决于图形、金属层次等。

把表面相近的台阶变得平滑是一种局部平坦化。反刻不能实现全局的平坦化。

13.1.2 玻璃回流

硼磷硅玻璃（BPSG）和其他掺杂氧化硅早已被用做层间介质，是采用APCVD淀积

的。玻璃回流是在升高温度的情况下给掺杂氧化硅加热，使它发生流动。BPSG的这种流

动性能用来获得台阶覆盖处的平坦化或用来填充缝隙，如此就可以获得在图形周围进行部