Polerowanie chemiczno-mechaniczne

Polerowanie chemiczno-mechaniczne (CMP) lub planaryzacja to proces wygładzania powierzchni za pomocą połączenia sił chemicznych i mechanicznych. Można to traktować jako hybrydę trawienia chemicznego i polerowania bezściernego .

Opis

Zasada działania CMP

Proces wykorzystuje ścierną i żrącą zawiesinę chemiczną (zwykle koloid ) w połączeniu z podkładką polerską i pierścieniem ustalającym, zwykle o większej średnicy niż płytka. Podkładka i płytka są dociskane razem przez dynamiczną głowicę polerującą i utrzymywane na miejscu przez plastikowy pierścień ustalający. Dynamiczna głowica polerska jest obracana z różnymi osiami obrotu (tzn. nie koncentrycznie ). To usuwa materiał i ma tendencję do wyrównywania nieregularnej topografii , czyniąc płytkę płaską lub płaską. Może to być konieczne do ustawienia płytki w celu utworzenia dodatkowych elementów obwodu. Na przykład CMP może sprowadzić całą powierzchnię do głębi ostrości systemu fotolitograficznego lub selektywnie usunąć materiał na podstawie jego położenia. Typowe wymagania dotyczące głębi ostrości są ograniczone do angstremów dla najnowszej technologii 22 nm.

Zasady pracy

Działanie fizyczne

Typowe narzędzia CMP, takie jak te widoczne po prawej stronie, polegają na obracaniu bardzo płaskiej płyty, która jest pokryta podkładką. Płytka, która jest polerowana, jest montowana do góry nogami w nośniku / wrzecionie na folii podkładowej. Pierścień ustalający (Rysunek 1) utrzymuje płytkę we właściwej pozycji poziomej. Podczas procesu ładowania i rozładowywania płytki na narzędzie, płytka jest utrzymywana przez nośnik podciśnieniowy, aby zapobiec gromadzeniu się niepożądanych cząstek na powierzchni płytki. Mechanizm zawiesinę osadza zawiesinę na podkładce, przedstawionej przez dostarczanie zawiesiny na fig. 1. Zarówno płyta, jak i nośnik są następnie obracane, a nośnik utrzymuje się w ruchu oscylacyjnym; można to lepiej zobaczyć w widoku z góry na fig. 2. Na nośnik wywierany jest nacisk skierowany w dół/siła skierowana w dół, popychając go w stronę wkładki; zazwyczaj siła docisku jest siłą średnią, ale do mechanizmów usuwania potrzebny jest lokalny nacisk. Siła docisku zależy od powierzchni styku, która z kolei zależy od struktury płytki i klocka. Zazwyczaj klocki mają szorstkość 50 μm; kontakt jest tworzony przez chropowatości (które zazwyczaj są najwyższymi punktami na płytce), w wyniku czego powierzchnia styku stanowi tylko ułamek powierzchni płytki. W CMP należy również wziąć pod uwagę właściwości mechaniczne samej płytki. Jeśli wafel ma lekko wygiętą strukturę, nacisk będzie większy na krawędziach niż na środku, co powoduje nierównomierne polerowanie. W celu skompensowania łuku wafla można zastosować nacisk na tylną stronę wafla, co z kolei wyrówna różnice pomiędzy środkowymi krawędziami. Podkładki stosowane w narzędziu CMP powinny być sztywne, aby równomiernie wypolerować powierzchnię płytki. Jednak te sztywne podkładki muszą być zawsze wyrównane z płytką. Dlatego prawdziwe podkładki to często po prostu stosy miękkich i twardych materiałów, które do pewnego stopnia odpowiadają topografii płytek. Ogólnie rzecz biorąc, te podkładki są wykonane z porowatych materiałów polimerowych o wielkości porów między 30-50 μm, a ponieważ są zużywane w procesie, muszą być regularnie regenerowane. W większości przypadków wkładki są bardzo zastrzeżone i zwykle określa się je nazwami handlowymi, a nie ich właściwościami chemicznymi lub innymi.

Działanie chemiczne

Polerowanie chemiczno-mechaniczne lub planaryzacja to proces wygładzania powierzchni za pomocą połączenia sił chemicznych i mechanicznych. Można to traktować jako hybrydę trawienia chemicznego i polerowania bezściernego .

Zastosowanie w produkcji półprzewodników

Przed około 1990 r. CMP był postrzegany jako zbyt „brudny”, aby można go było włączyć do precyzyjnych procesów produkcyjnych, ponieważ ścieranie ma tendencję do tworzenia cząstek, a same materiały ścierne nie są wolne od zanieczyszczeń. Od tego czasu układów scalonych przeszedł z przewodów aluminiowych na miedziane . Wymagało to opracowania procesu modelowania addytywnego , który opiera się na unikalnych zdolnościach CMP do usuwania materiału w płaski i jednolity sposób oraz do powtarzalnego zatrzymywania się na granicy między warstwami izolacji miedzianej i tlenkowej (szczegółowe informacje znajdują się w sekcji Interkonekty miedziane ) . Przyjęcie tego procesu sprawiło, że przetwarzanie CMP stało się znacznie bardziej rozpowszechnione. Oprócz aluminium i miedzi opracowano procesy CMP do polerowania wolframu, dwutlenku krzemu i (ostatnio) nanorurek węglowych.

Ograniczenia

Obecnie istnieje kilka ograniczeń CMP, które pojawiają się podczas procesu polerowania, co wymaga optymalizacji nowej technologii. W szczególności wymagana jest poprawa metrologii płytek półprzewodnikowych. Ponadto odkryto, że proces CMP ma kilka potencjalnych wad, w tym pękanie naprężeniowe , rozwarstwianie się słabych interfejsów i korozyjne ataki chemikaliów zawiesinowych . Proces polerowania tlenkowego, który jest najstarszym i najczęściej stosowanym w dzisiejszym przemyśle, ma jeden problem: brak punktów końcowych wymaga polerowania na ślepo, co utrudnia określenie, kiedy usunięto pożądaną ilość materiału lub osiągnięto pożądany stopień spłaszczenia został uzyskany. Jeśli warstwa tlenku nie została wystarczająco pocieniona i/lub nie został osiągnięty pożądany stopień płaskości podczas tego procesu, to (teoretycznie) wafel można wypolerować, ale w praktyce jest to nieatrakcyjne w produkcji i należy tego unikać Jeśli to możliwe. Jeśli grubość warstwy tlenku jest zbyt cienka lub zbyt niejednorodna, płytka musi zostać przerobiona, co jest jeszcze mniej atrakcyjnym procesem i prawdopodobnie zakończy się niepowodzeniem. Oczywiście ta metoda jest czasochłonna i kosztowna, ponieważ technicy muszą być bardziej uważni podczas wykonywania tego procesu.

Aplikacja

Izolacja płytkich wykopów (STI), proces stosowany do wytwarzania urządzeń półprzewodnikowych, to technika stosowana w celu zwiększenia izolacji między urządzeniami a obszarami aktywnymi. Ponadto STI ma wyższy stopień płaskości, co czyni go niezbędnym w fotolitograficznych , budżet głębi ostrości poprzez zmniejszenie minimalnej szerokości linii. Aby wyrównać płytkie wykopy, należy zastosować powszechnie stosowaną metodę, taką jak połączenie wytrawiania rezystancyjnego (REB) i chemiczno-mechanicznego polerowania (CMP). Ten proces przebiega według następującego schematu sekwencji. Najpierw wzór wykopu izolacyjnego jest przenoszony na płytkę krzemową. Tlenek osadza się na płytce w kształcie rowów. Fotomaska, złożona z azotku krzemu , jest wzorowana na wierzchu tego ofiarnego tlenku. Druga warstwa jest dodawana do płytki, aby utworzyć płaską powierzchnię. Następnie krzem jest utleniany termicznie, więc tlenek narasta w obszarach, w których nie ma Si 3 N 4 , a narośl ma grubość od 0,5 do 1,0 μm. Ponieważ substancje utleniające, takie jak woda lub tlen, nie mogą przenikać przez maskę, azotek zapobiega utlenianiu. Następnie stosuje się proces trawienia, aby wytrawić płytkę i pozostawić niewielką ilość tlenku w obszarach aktywnych. Ostatecznie CMP służy do polerowania nadkładu SiO 2 tlenkiem na obszarze aktywnym.

Zobacz też

Książki

  •   Przetwarzanie krzemu w erze VLSI — tom. IV Deep-submicron Process Technology - S Wolf, 2002, ISBN 978-0-9616721-7-1 , rozdział 8 „Chemiczne polerowanie mechaniczne”, s. 313–432

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Chemical-mechanical_polishing&oldid=1125664321 ”