Що таке шлам для полірування Silicon Wafer CMP?

Суспензія для полірування кремнієвих пластин CMP (Chemical Mechanical Planarization) є критично важливим компонентом у процесі виробництва напівпровідників. Він відіграє ключову роль у забезпеченні того, що кремнієві пластини, які використовуються для створення інтегральних схем (ІС) і мікросхем, відполіровані до точного рівня гладкості, необхідного для наступних етапів виробництва. У цій статті ми дослідимо рольШлам CMPу обробці кремнієвої пластини, її склад, як це працює та чому це незамінне для напівпровідникової промисловості.

Що таке полірування CMP?

Перш ніж ми заглибимося в специфіку суспензії CMP, важливо зрозуміти сам процес CMP. CMP — це комбінація хімічних і механічних процесів, які використовуються для планаризації (згладжування) поверхні кремнієвих пластин. Цей процес має вирішальне значення для забезпечення того, що пластина не містить дефектів і має однорідну поверхню, що необхідно для подальшого осадження тонких плівок та інших процесів, які створюють шари інтегральних схем.

Полірування CMP зазвичай виконується на обертовому валику, де кремнієва пластина утримується на місці та притискається до обертової полірувальної подушечки. Суспензія наноситься на пластину під час процесу, щоб полегшити як механічне стирання, так і хімічні реакції, необхідні для видалення матеріалу з поверхні пластини.

Полірувальна суспензія CMP — це суспензія абразивних частинок і хімічних речовин, які разом досягають бажаних характеристик поверхні пластини. Суспензія наноситься на полірувальну подушечку під час процесу CMP, де вона виконує дві основні функції:

• Механічне стирання: абразивні частинки в суспензії фізично видаляють будь-які дефекти або нерівності на поверхні пластини.
• Хімічна реакція: хімічні речовини в суспензії допомагають модифікувати матеріал поверхні, полегшуючи його видалення, зменшуючи знос полірувальної подушечки та підвищуючи загальну ефективність процесу.

Ключові компоненти шламу кремнієвих пластин CMP

Склад суспензії CMP розроблений для досягнення ідеального балансу абразивної дії та хімічної взаємодії. Ключові компоненти включають:

1. Абразивні частинки

Абразивні частинки є основним елементом суспензії, відповідальним за механічний аспект процесу полірування. Ці частинки зазвичай складаються з таких матеріалів, як оксид алюмінію (Al2O3), кремнезем (SiO2) або оксид церію (CeO2). Розмір і тип абразивних частинок змінюються залежно від застосування та типу пластини, що полірується. Розмір частинок зазвичай знаходиться в діапазоні від 50 нм до декількох мікрометрів.

• Суспензії на основі глиноземучасто використовуються для грубого полірування, наприклад, на початкових стадіях планарізації.
• Суспензії на основі кремнеземукращі для тонкого полірування, особливо коли потрібна дуже гладка поверхня без дефектів.
• Суспензії на основі церіюіноді використовуються для полірування матеріалів, таких як мідь, у передових процесах виробництва напівпровідників.

2. Хімічні агенти (реагенти)

Хімічні агенти в суспензії полегшують процес хіміко-механічного полірування, модифікуючи поверхню пластини. Ці агенти можуть включати кислоти, основи, окислювачі або комплексоутворювачі, які допомагають видалити небажані матеріали або змінити характеристики поверхні пластини.

Наприклад:

• Такі окислювачі, як перекис водню (H2O2), допомагають окислювати металеві шари на пластині, полегшуючи їх полірування.
• Хелатоутворювачі можуть зв’язуватися з іонами металів і допомагати запобігати небажаному забрудненню металом.

Хімічний склад суспензії ретельно контролюється для досягнення правильного балансу абразивності та хімічної реактивності, пристосованого до конкретних матеріалів і шарів, що поліруються на пластині.

3. Регулятори pH

Рівень pH суспензії відіграє важливу роль у хімічних реакціях, які відбуваються під час полірування CMP. Наприклад, сильно кисле або лужне середовище може посилити розчинення певних металів або оксидних шарів на пластині. Регулятори pH використовуються для точного налаштування кислотності або лужності суспензії для оптимізації продуктивності.

4. Диспергатори та стабілізатори

Щоб гарантувати, що абразивні частинки залишаються рівномірно розподіленими по суспензії та не злежуються, додають диспергатори. Ці добавки також допомагають стабілізувати суспензію та покращити термін її зберігання. Консистенція розчину має вирішальне значення для досягнення стабільних результатів полірування.

Як працює полірувальна суміш CMP?

Процес CMP працює шляхом поєднання механічних і хімічних дій для досягнення планарізації поверхні. Коли суспензія наноситься на пластину, абразивні частинки відшліфовують матеріал поверхні, тоді як хімічні агенти реагують з поверхнею, модифікуючи її таким чином, що її можна легше полірувати. Механічна дія абразивних частинок полягає в фізичному зіскрібанні шарів матеріалу, тоді як хімічні реакції, такі як окислення або травлення, пом’якшують або розчиняють певні матеріали, полегшуючи їх видалення.

У контексті обробки кремнієвих пластин полірувальна суспензія CMP використовується для досягнення наступних цілей:

• Площинність і гладкість: забезпечення однорідної поверхні без дефектів має вирішальне значення для наступних етапів виготовлення мікросхем, таких як фотолітографія та осадження.
• Видалення матеріалу: суспензія допомагає видалити небажані плівки, оксиди або металеві шари з поверхні пластини.
• Зменшення дефектів поверхні: правильний склад суспензії допомагає звести до мінімуму подряпини, ямки та інші дефекти, які можуть негативно вплинути на продуктивність інтегральних схем.

Для різних напівпровідникових матеріалів потрібні різні суспензії CMP, оскільки кожен матеріал має різні фізичні та хімічні властивості. Ось деякі з ключових матеріалів, які використовуються у виробництві напівпровідників, і типи суспензій, які зазвичай використовуються для їх полірування:

1. Діоксид кремнію (SiO2)

Діоксид кремнію є одним із найпоширеніших матеріалів, які використовуються у виробництві напівпровідників. Суспензії CMP на основі кремнію зазвичай використовуються для полірування шарів діоксиду кремнію. Ці суспензії, як правило, м’які та призначені для отримання гладкої поверхні, мінімізуючи пошкодження підлеглих шарів.

2. Мідь

Мідь широко використовується у з’єднаннях, а її процес CMP більш складний через її м’яку та липку природу. Мідні суспензії CMP зазвичай складаються на основі діоксиду церію, оскільки діоксид церію дуже ефективний у поліруванні міді та інших металів. Ці суспензії призначені для видалення мідного матеріалу, уникаючи при цьому надмірного зносу або пошкодження навколишніх шарів діелектрика.

3. Вольфрам (W)

Вольфрам є іншим матеріалом, який зазвичай використовується в напівпровідникових пристроях, особливо в контактних отворах і заповненні отворів. Суспензії CMP з вольфраму часто містять абразивні частинки, такі як діоксид кремнію, і спеціальні хімічні агенти, призначені для видалення вольфраму, не впливаючи на нижні шари.

Чому шлам для полірування CMP важливий?

Суспензія CMP є невід’ємною частиною гарантії того, що поверхня кремнієвої пластини є незайманою, що безпосередньо впливає на функціональність і продуктивність кінцевих напівпровідникових пристроїв. Якщо суспензію складено або нанесено неакуратно, це може призвести до дефектів, поганої рівності поверхні або забруднення, що може погіршити продуктивність мікрочіпів і збільшити витрати на виробництво.

Деякі з переваг використання високоякісного шламу CMP включають:

• Покращений вихід пластин: належне полірування гарантує, що більше пластин відповідає необхідним специфікаціям, зменшуючи кількість дефектів і покращуючи загальний вихід.
• Підвищена ефективність процесу: Правильний шлам може оптимізувати процес полірування, зменшуючи час і витрати, пов’язані з підготовкою пластин.
• Покращена продуктивність пристрою: гладка та рівномірна поверхня пластини має вирішальне значення для продуктивності інтегральних схем, впливаючи на все, від обчислювальної потужності до енергоефективності.