Химико-механическое полирование - Chemical-mechanical polishing

Химико-механическое полирование (CMP) или планаризация - это процесс сглаживания поверхностей с помощью комбинации химических и механических сил. Его можно рассматривать как гибрид химического травления и полировки свободным абразивом .

Описание

Принцип работы CMP

В этом процессе используется абразивная и коррозионно-агрессивная химическая суспензия (обычно коллоид ) в сочетании с полировальной подушечкой и стопорным кольцом, обычно большего диаметра, чем пластина. Подушечка и пластина сжимаются динамической полировальной головкой и удерживаются пластиковым стопорным кольцом. Динамическая полировальная головка вращается с разными осями вращения (т.е. не концентрически ). Это удаляет материал и позволяет выровнять любую неровную топографию , делая пластину плоской или плоской. Это может быть необходимо для настройки пластины для формирования дополнительных элементов схемы. Например, CMP может принести всю поверхность в пределах глубины резкости в виде фотолитографии системы, или выборочно удалить материал на основе его позиции. Типичные требования к глубине резкости для новейшей технологии 22 нм ниже уровня Ангстрема .

Принцип работы

Физическое действие

Типичные инструменты CMP, такие как те, что показаны справа, состоят из вращающейся и очень плоской пластины, покрытой подушкой. Пластина , которая в настоящее время отполирована установлен вверх-вниз в носителе / шпинделя на защитной пленкой. Стопорное кольцо (Рисунок 1) удерживает пластину в правильном горизонтальном положении. В процессе загрузки и выгрузки пластины на инструмент, пластина удерживается вакуумом держателем, чтобы предотвратить накопление нежелательных частиц на поверхности пластины. Через суспензию механизм введения отложение суспензия на площадке, представленная на поставке суспензии на рисунке 1. Как пластина и носитель затем поворачивается и носитель удерживается осциллирующим; это лучше видно на виде сверху на фиг. 2. К держателю прикладывается направленное вниз давление / сила прижатия, прижимая 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 контактные площадки имеют шероховатость 50 мкм; контакт осуществляется за счет неровностей (которые обычно являются высокими точками на пластине), и в результате площадь контакта составляет лишь часть площади пластины. При ХМП необходимо также учитывать механические свойства самой пластины. Если пластина имеет слегка изогнутую структуру, давление будет больше на краях, чем на центре, что приведет 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 для равномерного полирования поверхности пластины. Однако эти жесткие контактные площадки должны постоянно находиться на одной линии с пластиной. Поэтому настоящие прокладки часто представляют собой просто стопки мягких и твердых материалов, которые в некоторой степени соответствуют топографии пластины. Как правило, эти прокладки изготавливаются из пористых полимерных материалов с размером пор 30-50 мкм, и, поскольку они расходуются в процессе, их необходимо регулярно восстанавливать. В большинстве случаев прокладки являются собственностью и обычно упоминаются по их торговым маркам, а не по химическим или другим свойствам.

Химическое действие

Химико-механическое полирование или планаризация - это процесс сглаживания поверхностей с помощью комбинации 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 включать его в высокоточные производственные процессы, так как при истирании образуются частицы, а сами абразивы не лишены примесей. С того времени промышленность интегральных схем перешла от алюминиевых проводов к медным . Это потребовало разработки аддитивного процесса формирования рисунка , который основан на уникальных способностях CMP удалять материал в плоском и однородном виде и останавливать повторяемость на границе раздела между медными и оксидными изоляционными слоями (подробности см. В разделе « Медные межсоединения» ). 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.

Ограничения

В настоящее время существует несколько ограничений CMP, которые появляются в процессе полировки, требуя 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 навозной жижи . 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 было удалено желаемое количество материала или желаемая степень планаризации. был получен. Если оксидный слой не был достаточно истончен и / или желаемая степень планарности не была достигнута во время этого процесса, тогда (теоретически) пластину можно повторно полировать, но с практической точки зрения это непривлекательно при производстве, и этого следует избегать. если вообще возможно. Если толщина оксида слишком тонкая или слишком неоднородная, тогда пластина должна быть переработана, что является еще менее привлекательным процессом и может потерпеть неудачу. Очевидно, что этот метод трудоемкий и дорогостоящий, поскольку технические специалисты должны быть более внимательными при выполнении этого процесса.

заявка

Изоляция в неглубокой канавке (STI), процесс, используемый для изготовления полупроводниковых устройств, - это метод, используемый для усиления изоляции между устройствами и активными областями. Кроме того, STI имеет более высокую степень планарности, что делает его важным в фотолитографических приложениях, имеет бюджет глубины фокуса за счет уменьшения минимальной ширины линии. Для выравнивания неглубоких канавок следует использовать обычный метод, такой как сочетание обратного травления резиста (REB) и химико-механического полирования (CMP). Этот процесс происходит в следующей последовательности. Сначала рисунок изолирующей канавки переносится на кремниевую пластину. Оксид наносится на пластину в виде желобов. Фотомаска, состоящая из нитрида кремния , нанесена на поверхность этого жертвенного оксида. На пластину добавляется второй слой, чтобы создать плоскую поверхность. После этого кремний термически окисляется, поэтому оксид растет в областях, где нет Si3N4, а толщина нароста 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 покрывающего слоя SiO 2 оксидом на активной области.

Смотрите также

Ссылки

Книги

  • Обработка кремния для эпохи СБИС - Vol. IV Deep-submicron Process Technology - S Wolf, 2002, ISBN  978-0-9616721-7-1 , глава 8 «Химико-механическое полирование», стр. 313–432

внешние ссылки