Что такое полировочная суспензия CMP для кремниевых пластин?

Шлам для полировки кремниевых пластин CMP (химико-механическая планаризация) является важнейшим компонентом в процессе производства полупроводников. Он играет ключевую роль в обеспечении того, чтобы кремниевые пластины, используемые для создания интегральных схем (ИС) и микрочипов, были отполированы до точного уровня гладкости, необходимого для следующих этапов производства. В этой статье мы рассмотрим рольсуспензия ХМПв обработке кремниевых пластин, их составе, принципах работы и почему они незаменимы в полупроводниковой промышленности.

Что такое полировка CMP?

Прежде чем мы углубимся в особенности суспензии CMP, важно понять сам процесс CMP. CMP — это комбинация химических и механических процессов, используемых для выравнивания (сглаживания) поверхности кремниевых пластин. Этот процесс имеет решающее значение для обеспечения отсутствия дефектов и однородности поверхности пластины, что необходимо для последующего осаждения тонких пленок и других процессов, формирующих слои интегральных схем.

Полировка CMP обычно выполняется на вращающейся плите, где кремниевая пластина удерживается на месте и прижимается к вращающейся полировальной подушке. Жидкость наносится на пластину во время процесса, чтобы облегчить как механическое истирание, так и химические реакции, необходимые для удаления материала с поверхности пластины.

Полировальная суспензия CMP представляет собой суспензию абразивных частиц и химических агентов, которые работают вместе для достижения желаемых характеристик поверхности пластины. Жидкость наносится на полировальную подушечку во время процесса CMP, где она выполняет две основные функции:

• Механическое истирание: абразивные частицы в суспензии физически стирают любые дефекты и неровности на поверхности пластины.
• Химическая реакция: химические агенты в суспензии помогают модифицировать материал поверхности, облегчая его удаление, уменьшая износ полировальной подушечки и повышая общую эффективность процесса.

Ключевые компоненты суспензии CMP кремниевых пластин

Состав суспензии CMP разработан для достижения идеального баланса абразивного действия и химического взаимодействия. Ключевые компоненты включают в себя:

1. Абразивные частицы

Абразивные частицы являются основным элементом суспензии и отвечают за механический аспект процесса полировки. Эти частицы обычно состоят из таких материалов, как оксид алюминия (Al2O3), кремнезем (SiO2) или церий (CeO2). Размер и тип абразивных частиц варьируются в зависимости от применения и типа полируемой пластины. Размер частиц обычно находится в диапазоне от 50 нм до нескольких микрометров.

• Шламы на основе глиноземачасто используются для грубой полировки, например, на начальных этапах планаризации.
• Суспензии на основе кремнеземаПредпочтительны для тонкой полировки, особенно когда требуется очень гладкая и бездефектная поверхность.
• Суспензии на основе церияиногда используются для полировки таких материалов, как медь, в передовых процессах производства полупроводников.

2. Химические агенты (реагенты)

Химические агенты в суспензии облегчают химико-механический процесс полировки, модифицируя поверхность пластины. Эти агенты могут включать кислоты, основания, окислители или комплексообразователи, которые помогают удалить нежелательные материалы или изменить характеристики поверхности пластины.

Например:

• Окислители, такие как перекись водорода (H2O2), помогают окислять металлические слои на пластине, что облегчает их полировку.
• Хелатирующие агенты могут связываться с ионами металлов и предотвращать нежелательное загрязнение металлами.

Химический состав суспензии тщательно контролируется для достижения правильного баланса абразивности и химической активности с учетом конкретных материалов и слоев, полируемых на пластине.

3. Регуляторы pH

Уровень pH суспензии играет важную роль в химических реакциях, происходящих во время полировки CMP. Например, сильнокислая или щелочная среда может ускорить растворение некоторых металлов или оксидных слоев на пластине. Регуляторы pH используются для точной настройки кислотности или щелочности раствора для оптимизации производительности.

4. Диспергаторы и стабилизаторы

Чтобы абразивные частицы оставались равномерно распределенными по суспензии и не агломерировались, добавляются диспергаторы. Эти добавки также помогают стабилизировать раствор и увеличить срок его хранения. Консистенция суспензии имеет решающее значение для достижения стабильных результатов полировки.

Как работает полировальная суспензия CMP?

Процесс CMP работает путем объединения механических и химических действий для достижения выравнивания поверхности. Когда суспензия наносится на пластину, абразивные частицы шлифуют материал поверхности, а химические агенты вступают в реакцию с поверхностью, модифицируя ее таким образом, что ее легче полировать. Механическое воздействие абразивных частиц заключается в физическом соскабливании слоев материала, в то время как химические реакции, такие как окисление или травление, смягчают или растворяют определенные материалы, облегчая их удаление.

В контексте обработки кремниевых пластин полировальная суспензия CMP используется для достижения следующих целей:

• Плоскостность и гладкость. Обеспечение однородной, бездефектной поверхности пластины имеет решающее значение для последующих этапов изготовления чипов, таких как фотолитография и осаждение.
• Удаление материала: суспензия помогает удалить нежелательные пленки, оксиды или металлические слои с поверхности пластины.
• Уменьшение дефектов поверхности. Правильный состав суспензии помогает свести к минимуму появление царапин, выкрашиваний и других дефектов, которые могут отрицательно повлиять на производительность интегральных схем.

Для разных полупроводниковых материалов требуются разные суспензии CMP, поскольку каждый материал имеет разные физические и химические свойства. Вот некоторые из ключевых материалов, используемых в производстве полупроводников, и типы суспензий, которые обычно используются для их полировки:

1. Диоксид кремния (SiO2)

Диоксид кремния является одним из наиболее распространенных материалов, используемых в производстве полупроводников. Суспензии CMP на основе кремнезема обычно используются для полировки слоев диоксида кремния. Эти суспензии, как правило, мягкие и предназначены для создания гладкой поверхности при минимизации повреждения нижележащих слоев.

2. Медь

Медь широко используется в межкомпонентных соединениях, а процесс ее CMP более сложен из-за ее мягкой и липкой природы. Медные суспензии CMP обычно изготавливаются на основе церия, поскольку церий очень эффективен при полировке меди и других металлов. Эти суспензии предназначены для удаления медного материала, избегая при этом чрезмерного износа или повреждения окружающих диэлектрических слоев.

3. Вольфрам (W)

Вольфрам — еще один материал, обычно используемый в полупроводниковых устройствах, особенно в контактных отверстиях и заполнении переходных отверстий. Вольфрамовые суспензии CMP часто содержат абразивные частицы, такие как диоксид кремния, и специальные химические агенты, предназначенные для удаления вольфрама, не затрагивая нижележащие слои.

Почему полирующая суспензия CMP важна?

Суспензия CMP необходима для обеспечения чистоты поверхности кремниевой пластины, что напрямую влияет на функциональность и производительность конечных полупроводниковых устройств. Если суспензия тщательно приготовлена ​​или нанесена, это может привести к дефектам, плохой плоскостности поверхности или загрязнению, и все это может поставить под угрозу производительность микрочипов и увеличить производственные затраты.

Некоторые из преимуществ использования высококачественного раствора CMP включают в себя:

• Улучшенный выход пластин: правильная полировка гарантирует, что больше пластин будет соответствовать требуемым спецификациям, уменьшая количество дефектов и повышая общий выход.
• Повышенная эффективность процесса: правильный раствор может оптимизировать процесс полировки, сокращая время и затраты, связанные с подготовкой пластин.
• Повышенная производительность устройства. Гладкая и однородная поверхность пластины имеет решающее значение для производительности интегральных схем, влияя на все: от вычислительной мощности до энергоэффективности.