Čo je leštiaca kaša Silicon Wafer CMP?

Leštiaci kaša CMP (Chemical Mechanical Planarization) kremíkového plátku je kritickou zložkou v procese výroby polovodičov. Zohráva kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní toho, aby kremíkové doštičky – používané na vytváranie integrovaných obvodov (IC) a mikročipov – boli vyleštené na presnú úroveň hladkosti, ktorá je potrebná pre ďalšie fázy výroby. V tomto článku sa budeme zaoberať úlohouCMP kašapri spracovaní kremíkových plátkov, ich zložení, ako to funguje a prečo je nepostrádateľný pre polovodičový priemysel.

Čo je leštenie CMP?

Predtým, ako sa ponoríme do špecifík CMP kaše, je nevyhnutné pochopiť samotný proces CMP. CMP je kombináciou chemických a mechanických procesov používaných na planarizáciu (vyhladenie) povrchu kremíkových doštičiek. Tento proces je rozhodujúci pre zabezpečenie toho, aby plátok bol bez defektov a mal jednotný povrch, čo je nevyhnutné pre následné nanášanie tenkých vrstiev a ďalšie procesy, ktoré vytvárajú vrstvy integrovaných obvodov.

CMP leštenie sa zvyčajne vykonáva na rotačnej doske, kde je kremíkový plátok držaný na mieste a pritlačený k rotujúcej lešticej podložke. Kaša sa nanáša na plátok počas procesu, aby sa uľahčilo mechanické obrusovanie a chemické reakcie potrebné na odstránenie materiálu z povrchu plátku.

Leštiaca suspenzia CMP je suspenzia abrazívnych častíc a chemických činidiel, ktoré spolupracujú na dosiahnutí požadovaných vlastností povrchu plátku. Kaša sa nanáša na leštiaci vankúšik počas procesu CMP, kde plní dve hlavné funkcie:

• Mechanické obrusovanie: Brúsne častice v kaši fyzicky obrusujú akékoľvek nedokonalosti alebo nepravidelnosti na povrchu plátku.
• Chemická reakcia: Chemické činidlá v kaši pomáhajú modifikovať povrchový materiál, uľahčujú ho odstraňovanie, znižujú opotrebovanie leštiace podložky a zlepšujú celkovú účinnosť procesu.

Kľúčové zložky kremíkovej doštičky CMP kaše

Zloženie suspenzie CMP je navrhnuté tak, aby sa dosiahla dokonalá rovnováha abrazívneho pôsobenia a chemickej interakcie. Medzi kľúčové komponenty patria:

1. Abrazívne častice

Brúsne častice sú základným prvkom kalu, ktorý je zodpovedný za mechanický aspekt procesu leštenia. Tieto častice sú zvyčajne vyrobené z materiálov, ako je oxid hlinitý (Al2O3), oxid kremičitý (SiO2) alebo céria (CeO2). Veľkosť a typ brúsnych častíc sa líši v závislosti od aplikácie a typu lešteného plátku. Veľkosť častíc je zvyčajne v rozsahu od 50 nm do niekoľkých mikrometrov.

• Kaše na báze oxidu hlinitéhosa často používajú na hrubé leštenie, napríklad počas počiatočných fáz planarizácie.
• Kaše na báze oxidu kremičitéhosú uprednostňované na jemné leštenie, najmä ak sa vyžaduje veľmi hladký povrch bez defektov.
• Kaše na báze ceriasa niekedy používajú na leštenie materiálov, ako je meď, v pokročilých procesoch výroby polovodičov.

2. Chemické činidlá (činidlá)

Chemické činidlá v suspenzii uľahčujú proces chemicko-mechanického leštenia úpravou povrchu plátku. Tieto činidlá môžu zahŕňať kyseliny, zásady, oxidačné činidlá alebo komplexotvorné činidlá, ktoré pomáhajú odstraňovať nežiaduce materiály alebo upravujú povrchové vlastnosti plátku.

Napríklad:

• Oxidačné činidlá ako peroxid vodíka (H2O2) pomáhajú oxidovať kovové vrstvy na doštičke, čo uľahčuje ich vyleštenie.
• Chelatačné činidlá sa môžu viazať na kovové ióny a pomáhajú predchádzať nežiaducej kontaminácii kovov.

Chemické zloženie kaše je starostlivo kontrolované, aby sa dosiahla správna rovnováha abrazivity a chemickej reaktivity, prispôsobená špecifickým materiálom a vrstvám, ktoré sa leštia na plátku.

3. Prípravky na úpravu pH

pH kaše hrá významnú úlohu v chemických reakciách, ktoré prebiehajú počas leštenia CMP. Napríklad vysoko kyslé alebo alkalické prostredie môže zvýšiť rozpúšťanie určitých kovov alebo vrstiev oxidov na plátku. Prípravky na úpravu pH sa používajú na jemné doladenie kyslosti alebo zásaditosti kalu na optimalizáciu výkonu.

4. Dispergátory a stabilizátory

Aby sa zabezpečilo, že abrazívne častice zostanú rovnomerne distribuované v kaši a nebudú sa aglomerovať, pridávajú sa dispergačné činidlá. Tieto prísady tiež pomáhajú stabilizovať kašu a zlepšujú jej trvanlivosť. Konzistencia kaše je rozhodujúca pre dosiahnutie konzistentných výsledkov leštenia.

Ako funguje leštiaca kaša CMP?

Proces CMP funguje tak, že kombinuje mechanické a chemické pôsobenie na dosiahnutie planarizácie povrchu. Keď sa kaša nanáša na plátok, abrazívne častice obrusujú povrchový materiál, zatiaľ čo chemické činidlá reagujú s povrchom a upravujú ho tak, aby sa dal ľahšie leštiť. Mechanické pôsobenie abrazívnych častíc funguje tak, že sa fyzikálne zoškrabujú vrstvy materiálu, zatiaľ čo chemické reakcie, ako je oxidácia alebo leptanie, zmäkčujú alebo rozpúšťajú určité materiály, čo uľahčuje ich odstránenie.

V súvislosti so spracovaním kremíkových plátkov sa leštiaca suspenzia CMP používa na dosiahnutie nasledujúcich cieľov:

• Plochosť a hladkosť: Zabezpečenie, že plátok má rovnomerný povrch bez defektov, je rozhodujúce pre následné kroky pri výrobe čipov, ako je fotolitografia a nanášanie.
• Odstraňovanie materiálu: Kaša pomáha odstraňovať nežiaduce filmy, oxidy alebo kovové vrstvy z povrchu plátku.
• Redukcia povrchových defektov: Správne zloženie kaše pomáha minimalizovať škrabance, jamky a iné defekty, ktoré by mohli negatívne ovplyvniť výkon integrovaných obvodov.

Rôzne polovodičové materiály vyžadujú rôzne suspenzie CMP, pretože každý materiál má odlišné fyzikálne a chemické vlastnosti. Tu sú niektoré z kľúčových materiálov zapojených do výroby polovodičov a typy kalov, ktoré sa zvyčajne používajú na ich leštenie:

1. Oxid kremičitý (SiO2)

Oxid kremičitý je jedným z najbežnejších materiálov používaných pri výrobe polovodičov. Kaše CMP na báze oxidu kremičitého sa zvyčajne používajú na leštenie vrstiev oxidu kremičitého. Tieto kaše sú vo všeobecnosti mierne a navrhnuté tak, aby vytvorili hladký povrch a zároveň minimalizovali poškodenie podkladových vrstiev.

2. Meď

Meď je široko používaná v prepojeniach a jej proces CMP je zložitejší kvôli jej mäkkej a lepkavej povahe. Medené CMP kaše sú zvyčajne na báze céru, pretože cér je vysoko účinný pri leštení medi a iných kovov. Tieto kaly sú navrhnuté tak, aby odstraňovali medený materiál a zároveň zabránili nadmernému opotrebovaniu alebo poškodeniu okolitých dielektrických vrstiev.

3. Volfrám (W)

Volfrám je ďalší materiál bežne používaný v polovodičových zariadeniach, najmä v kontaktných priechodoch a výplniach. Tungsten CMP kaše často obsahujú abrazívne častice, ako je oxid kremičitý a špecifické chemické činidlá určené na odstránenie volfrámu bez ovplyvnenia podkladových vrstiev.

Prečo je leštiaca kaša CMP dôležitá?

Suspenzia CMP je neoddeliteľnou súčasťou zabezpečenia toho, aby bol povrch kremíkového plátku nedotknutý, čo priamo ovplyvňuje funkčnosť a výkon konečných polovodičových zariadení. Ak nie je suspenzia starostlivo formulovaná alebo aplikovaná, môže to viesť k defektom, zlej rovinnosti povrchu alebo kontaminácii, čo môže zhoršiť výkon mikročipov a zvýšiť výrobné náklady.

Niektoré z výhod používania vysokokvalitnej suspenzie CMP zahŕňajú:

• Vylepšená výťažnosť plátku: Správne leštenie zaisťuje, že viac plátkov spĺňa požadované špecifikácie, čím sa znižuje počet defektov a zlepšuje sa celkový výťažok.
• Zvýšená efektivita procesu: Správna kaša môže optimalizovať proces leštenia, čím sa zníži čas a náklady spojené s prípravou plátku.
• Vylepšený výkon zariadenia: Hladký a rovnomerný povrch plátku je rozhodujúci pre výkon integrovaných obvodov a ovplyvňuje všetko od výpočtového výkonu až po energetickú účinnosť.