Химико-механическая полировка

Химико-механическая полировка (ХМП) (также называемая химико-механической планаризацией ) — это процесс сглаживания поверхностей с помощью сочетания химических и механических сил. Его можно рассматривать как гибрид химического травления и полировки свободным абразивом . ^[1] Он используется в полупроводниковой промышленности для полировки полупроводниковых пластин в рамках процесса производства интегральных схем. ^[2]

Описание

В этом процессе используется абразивная и коррозийная химическая суспензия (обычно коллоид ) в сочетании с полировальной подушечкой и стопорным кольцом, обычно большего диаметра, чем пластина. Подушечка и пластина прижимаются друг к другу динамической полировальной головкой и удерживаются на месте пластиковым стопорным кольцом. Динамическая полировальная головка вращается по разным осям вращения (т.е. не концентрически ). Это удаляет материал и выравнивает неровную топографию , делая пластину плоской или плоской. Это может быть необходимо для настройки пластины на формирование дополнительных элементов схемы. Например, CMP может привести всю поверхность в глубину системы или резкости фотолитографической выборочно удалить материал в зависимости от его положения. Типичные требования к глубине резкости сводятся к уровням Ангстрема для новейшей 22-нм технологии.

Принципы работы

Физическое действие

Типичные инструменты CMP, такие как те, что показаны справа, состоят из вращения чрезвычайно плоской пластины, покрытой подушечкой. Полируемая пластина монтируется в перевернутом положении в держателе/шпинделе на подложке. Стопорное кольцо (рис. 1) удерживает пластину в правильном горизонтальном положении. Во время процесса загрузки и выгрузки пластины в инструмент она удерживается носителем с помощью вакуума, чтобы предотвратить скопление нежелательных частиц на поверхности пластины. Механизм подачи суспензии подает суспензию на подушку, представленную механизмом подачи суспензии на рисунке 1. Затем и пластина, и носитель вращаются, и носитель продолжает колебаться; это лучше видно на виде сверху на рисунке 2. К держателю прикладывается направленное вниз давление/сила прижима, прижимающая его к подушке; обычно прижимная сила является средней силой, но для механизмов удаления необходимо местное давление. Прижимная сила зависит от площади контакта, которая, в свою очередь, зависит от структуры как пластины, так и площадки. Обычно площадки имеют шероховатость 50 мкм; контакт осуществляется через неровности (которые обычно являются выступающими точками пластины), и в результате площадь контакта составляет лишь часть площади пластины. При CMP также необходимо учитывать механические свойства самой пластины. Если пластина имеет слегка изогнутую структуру, давление по краям будет больше, чем в центре, что приводит к неравномерной полировке. Чтобы компенсировать изгиб пластины, можно приложить давление к задней стороне пластины, что, в свою очередь, уравняет разницу между центром и краем. Подушечки, используемые в инструменте CMP, должны быть жесткими, чтобы обеспечить равномерную полировку поверхности пластины. Однако эти жесткие площадки необходимо всегда держать на одной линии с пластиной. Таким образом, настоящие площадки часто представляют собой просто стопки мягких и твердых материалов, которые в некоторой степени соответствуют топографии пластины. Как правило, эти подушечки изготавливаются из пористых полимерных материалов с размером пор 30–50 мкм, и, поскольку они изнашиваются в процессе, их необходимо регулярно восстанавливать. В большинстве случаев колодки являются запатентованными и обычно упоминаются по торговым маркам, а не по химическим или другим свойствам.

Химическое действие

Химико-механическая полировка или планаризация — это процесс сглаживания поверхностей с помощью сочетания химических и механических сил. Его можно рассматривать как гибрид химического травления и полировки свободным абразивом .

Использование в производстве полупроводников.

Примерно до 1990 года CMP считался слишком «грязным», чтобы его можно было использовать в высокоточных производственных процессах, поскольку в результате истирания образуются частицы, а сами абразивы не лишены примесей. С тех пор индустрия интегральных схем перешла от алюминиевых проводников к медным . Это потребовало разработки процесса аддитивного формирования рисунка , который основан на уникальных способностях CMP удалять материал плоско и равномерно и повторяемо останавливаться на границе раздела между медью и оксидными изолирующими слоями ( см. в разделе «Медные межсоединения подробнее »). Внедрение этого процесса сделало обработку CMP гораздо более распространенной. Помимо алюминия и меди, процессы CMP были разработаны для полировки вольфрама, диоксида кремния и (недавно) углеродных нанотрубок. ^[3]

Ограничения

В настоящее время существует несколько ограничений CMP, которые проявляются в процессе полировки и требуют оптимизации новой технологии. В частности, требуется улучшение метрологии пластин. Кроме того, было обнаружено, что процесс CMP имеет несколько потенциальных дефектов, включая растрескивание под напряжением , расслоение на слабых границах раздела и коррозионное воздействие химикатов, содержащих суспензии . Процесс оксидной полировки, который является старейшим и наиболее часто используемым в современной промышленности, имеет одну проблему: отсутствие конечных точек требует слепой полировки, что затрудняет определение того, когда желаемое количество материала было удалено или достигнута желаемая степень планаризации. было получено. Если оксидный слой не был достаточно утончен и/или в ходе этого процесса не была достигнута желаемая степень плоскостности, то (теоретически) пластину можно повторно отполировать, но в практическом смысле это непривлекательно в производстве, и этого следует избегать. если это вообще возможно. Если толщина оксида слишком тонкая или слишком неоднородная, пластину необходимо переработать, а это еще менее привлекательный процесс, который с большой вероятностью потерпит неудачу. Очевидно, что этот метод требует много времени и средств, поскольку техническим специалистам приходится быть более внимательными при выполнении этого процесса.

Приложение

Изоляция неглубокой траншеи (STI), процесс, используемый для изготовления полупроводниковых устройств, представляет собой метод, используемый для улучшения изоляции между устройствами и активными областями. Более того, STI имеет более высокую степень планарности, что делает его важным в фотолитографических приложениях, обеспечивая глубину резкости за счет уменьшения минимальной ширины линии. Для выравнивания неглубоких траншей следует использовать общий метод, такой как комбинация обратного травления резистом (REB) и химико-механической полировки (CMP). Этот процесс происходит в следующей последовательности. Сначала рисунок изоляционной канавки переносится на кремниевую пластину. Оксид осаждается на пластине в виде канавок. Фотомаска, состоящая из нитрида кремния , нанесена на верхнюю часть этого жертвенного оксида. К пластине добавляется второй слой для создания плоской поверхности. После этого кремний термически окисляется, поэтому оксид растет в областях, где нет Si ₃ N ₄ , и толщина роста составляет от 0,5 до 1,0 мкм. Поскольку окисляющие вещества, такие как вода или кислород, не могут диффундировать через маску, нитрид предотвращает окисление. Затем процесс травления используется для травления пластины и оставления небольшого количества оксида в активных областях. В конце концов, CMP используется для полировки SiO. ₂ вскрыша с оксидом на активной зоне.

См. также

Ссылки

^ Махадевайер Кришнан, Якуб В. Наласковск и Ли М. Кук, «Химико-механическая планаризация: химия суспензий, материалы и механизмы» Chem. Ред., 2010, вып. 110, стр. 178–204. два : 10.1021/cr900170z
^ Оливер, Майкл Р., изд. (2004). «Химико-механическая планаризация полупроводниковых материалов» . Серия Спрингера по материаловедению . дои : 10.1007/978-3-662-06234-0 . ISSN 0933-033X .
^ Авано, Ю.: (2006), «Углеродные нанотрубки (УНТ) с помощью технологий межсоединения: низкотемпературный рост CVD и химико-механическая планаризация для вертикально ориентированных УНТ». Учеб. 2006 МКПП , 10

Книги

Обработка кремния в эпоху СБИС. IV Глубоко-субмикронные технологические процессы — С. Вольф, 2002 г., ISBN 978-0-9616721-7-1 , Глава 8 «Химико-механическая полировка», стр. 313–432.

Внешние ссылки

«CMP, оборудование для химико-механической планаризации, полировки», компания Crystec Technology Trading GmbH, получено по адресу: http://www.crystec.com/alpovere.htm.
«Химико-механическая планаризация», доктор Ван Цзэнфэн, доктор Инь Лин, Нг Сум Хуан и Тео Файк Луан, получено по адресу: http://maltiel-consulting.com/CMP-Chemical-mechanical_planarization_maltiel_semiconductor.pdf .

[1] Махадевайер Кришнан, Якуб В. Наласковск и Ли М. Кук, «Химико-механическая планаризация: химия суспензий, материалы и механизмы» Chem. Ред., 2010, вып. 110, стр. 178–204. два : 10.1021/cr900170z

[2] Оливер, Майкл Р., изд. (2004). «Химико-механическая планаризация полупроводниковых материалов» . Серия Спрингера по материаловедению . дои : 10.1007/978-3-662-06234-0 . ISSN 0933-033X .

[3] Авано, Ю.: (2006), «Углеродные нанотрубки (УНТ) с помощью технологий межсоединения: низкотемпературный рост CVD и химико-механическая планаризация для вертикально ориентированных УНТ». Учеб. 2006 МКПП , 10

[1]

[2]

[3]