Какво представлява Silicon Wafer CMP полираща каша?

Суспензията за полиране на силиконова пластина CMP (Chemical Mechanical Planarization) е критичен компонент в процеса на производство на полупроводници. Той играе ключова роля за гарантиране, че силициевите пластини - използвани за създаване на интегрални схеми (IC) и микрочипове - са полирани до точното ниво на гладкост, необходимо за следващите етапи на производство. В тази статия ще проучим ролята наCMP суспензияв обработката на силициеви пластини, неговия състав, как работи и защо е незаменим за полупроводниковата индустрия.

Какво е CMP полиране?

Преди да се потопим в спецификата на CMP суспензията, важно е да разберем самия процес на CMP. CMP е комбинация от химични и механични процеси, използвани за планаризиране (изглаждане) на повърхността на силициеви пластини. Този процес е от решаващо значение за гарантиране, че пластината е без дефекти и има еднаква повърхност, което е необходимо за последващото отлагане на тънки филми и други процеси, които изграждат слоевете на интегралните схеми.

CMP полирането обикновено се извършва на въртяща се плоча, където силиконова пластина се държи на място и се притиска към въртяща се полираща подложка. Суспензията се нанася върху пластината по време на процеса, за да се улесни както механичната абразия, така и химичните реакции, необходими за отстраняване на материала от повърхността на пластината.

Суспензията за полиране на CMP е суспензия от абразивни частици и химически агенти, които работят заедно, за да постигнат желаните характеристики на повърхността на вафлата. Суспензията се нанася върху полиращата подложка по време на CMP процеса, където изпълнява две основни функции:

• Механична абразия: Абразивните частици в суспензията физически смилат всякакви несъвършенства или неравности по повърхността на вафлата.
• Химическа реакция: Химическите агенти в суспензията спомагат за модифициране на повърхностния материал, което го прави по-лесно за отстраняване, намалявайки износването на полиращата подложка и подобрявайки цялостната ефективност на процеса.

Ключови компоненти на силиконова вафла CMP суспензия

Съставът на CMP суспензията е проектиран да постигне перфектния баланс на абразивно действие и химично взаимодействие. Ключовите компоненти включват:

1. Абразивни частици

Абразивните частици са основният елемент на суспензията, отговорен за механичния аспект на процеса на полиране. Тези частици обикновено са направени от материали като алуминиев оксид (Al2O3), силициев диоксид (SiO2) или цериев оксид (CeO2). Размерът и видът на абразивните частици варират в зависимост от приложението и вида на полираната пластина. Размерът на частиците обикновено е в диапазона от 50 nm до няколко микрометра.

• Суспензии на основата на алуминиев оксидчесто се използват за грубо полиране, като например по време на началните етапи на планаризация.
• Суспензии на основата на силициев диоксидса предпочитани за фино полиране, особено когато се изисква много гладка повърхност без дефекти.
• Суспензии на основата на церияпонякога се използват за полиране на материали като мед в модерни процеси за производство на полупроводници.

2. Химични агенти (реактиви)

Химическите агенти в суспензията улесняват процеса на химико-механично полиране чрез модифициране на повърхността на пластината. Тези агенти могат да включват киселини, основи, окислители или комплексообразуващи агенти, които помагат за отстраняване на нежелани материали или за модифициране на повърхностните характеристики на вафлата.

Например:

• Окислители като водороден прекис (H2O2) помагат за окисляването на металните слоеве върху пластината, което ги прави по-лесни за полиране.
• Хелатиращите агенти могат да се свързват с метални йони и да помогнат за предотвратяване на нежелано замърсяване с метали.

Химическият състав на суспензията е внимателно контролиран, за да се постигне правилният баланс на абразивност и химическа реактивност, съобразени със специфичните материали и слоеве, които се полират върху пластината.

3. Регулатори на pH

pH на суспензията играе важна роля в химичните реакции, протичащи по време на CMP полиране. Например силно кисела или алкална среда може да подобри разтварянето на определени метали или оксидни слоеве върху пластината. Регулаторите на pH се използват за фина настройка на киселинността или алкалността на суспензията, за да се оптимизира производителността.

4. Дисперсанти и стабилизатори

За да се гарантира, че абразивните частици остават равномерно разпределени в суспензията и не се агломерират, се добавят дисперсанти. Тези добавки също спомагат за стабилизиране на кашата и подобряват нейния срок на годност. Консистенцията на суспензията е от решаващо значение за постигане на постоянни резултати при полиране.

Как работи CMP полиращата каша?

Процесът CMP работи чрез комбиниране на механични и химични действия за постигане на повърхностна планаризация. Когато суспензията се нанесе върху пластината, абразивните частици смилат повърхностния материал, докато химическите агенти реагират с повърхността, за да я модифицират по такъв начин, че да може да бъде по-лесно полирана. Механичното действие на абразивните частици работи чрез физическо изстъргване на слоеве от материал, докато химичните реакции, като окисление или ецване, омекотяват или разтварят определени материали, което улеснява отстраняването им.

В контекста на обработката на силициеви пластини, суспензията за полиране на CMP се използва за постигане на следните цели:

• Плоскост и гладкост: Осигуряването на еднаква повърхност без дефекти е от решаващо значение за следващите стъпки в производството на чипове, като фотолитография и отлагане.
• Отстраняване на материала: Суспензията помага за премахване на нежелани филми, оксиди или метални слоеве от повърхността на пластината.
• Намалени повърхностни дефекти: Правилният състав на суспензията помага да се сведат до минимум надраскванията, вдлъбнатините и други дефекти, които биха могли да повлияят отрицателно на работата на интегралните схеми.

Различните полупроводникови материали изискват различни CMP суспензии, тъй като всеки материал има различни физични и химични свойства. Ето някои от ключовите материали, използвани в производството на полупроводници и типовете суспензии, които обикновено се използват за тяхното полиране:

1. Силициев диоксид (SiO2)

Силициевият диоксид е един от най-разпространените материали, използвани в производството на полупроводници. CMP суспензиите на базата на силициев диоксид обикновено се използват за полиране на слоеве от силициев диоксид. Тези суспензии обикновено са меки и са предназначени да произвеждат гладка повърхност, като същевременно минимизират увреждането на долните слоеве.

2. Мед

Медта се използва широко във връзките и нейният CMP процес е по-сложен поради меката и лепкава природа. Медните CMP суспензии обикновено са базирани на цериев диоксид, тъй като церият е много ефективен при полиране на мед и други метали. Тези суспензии са предназначени за отстраняване на меден материал, като същевременно се избягва прекомерно износване или повреда на околните диелектрични слоеве.

3. Волфрам (W)

Волфрамът е друг материал, често използван в полупроводникови устройства, особено в контактни отвори и пълнеж на отвори. Суспензиите от волфрамов CMP често съдържат абразивни частици като силициев диоксид и специфични химически агенти, предназначени да отстраняват волфрама, без да засягат долните слоеве.

Защо CMP полиращата каша е важна?

Суспензията CMP е неразделна част от гарантирането, че повърхността на силиконовата пластина е чиста, което пряко влияе върху функционалността и производителността на крайните полупроводникови устройства. Ако суспензията не е внимателно формулирана или приложена, това може да доведе до дефекти, лоша плоскост на повърхността или замърсяване, като всички те могат да компрометират работата на микрочиповете и да увеличат производствените разходи.

Някои от предимствата на използването на висококачествена CMP суспензия включват:

• Подобрен добив на вафли: Правилното полиране гарантира, че повече вафли отговарят на изискваните спецификации, намалявайки броя на дефектите и подобрявайки общия добив.
• Повишена ефективност на процеса: Правилната суспензия може да оптимизира процеса на полиране, намалявайки времето и разходите, свързани с подготовката на вафлите.
• Подобрена производителност на устройството: Гладката и еднаква повърхност на пластината е от решаващо значение за производителността на интегралните схеми, оказвайки влияние върху всичко - от процесорната мощност до енергийната ефективност.