Mikä on Silicon Wafer CMP -kiillotusliete?

Piikiekon CMP (Chemical Mechanical Planarization) kiillotusliete on kriittinen komponentti puolijohteiden valmistusprosessissa. Sillä on keskeinen rooli sen varmistamisessa, että piikiekot, joita käytetään integroitujen piirien (IC:iden) ja mikrosirujen luomiseen, kiillotetaan tarkasti seuraavissa tuotantovaiheissa vaadittavalle tasolle. Tässä artikkelissa tutkimme rooliaCMP-lietepiikiekkojen käsittelyssä, sen koostumus, toimintatapa ja miksi se on välttämätön puolijohdeteollisuudelle.

Mitä on CMP-kiillotus?

Ennen kuin sukeltaamme CMP-lietteen erityispiirteisiin, on tärkeää ymmärtää itse CMP-prosessi. CMP on yhdistelmä kemiallisia ja mekaanisia prosesseja, joita käytetään piikiekkojen pinnan tasoittamiseen (tasoittamiseen). Tämä prosessi on ratkaisevan tärkeä sen varmistamiseksi, että kiekossa ei ole vikoja ja että sen pinta on tasainen, mikä on tarpeen ohuiden kalvojen myöhempää kerrostamista ja muita prosesseja varten, jotka muodostavat integroitujen piirien kerroksia.

CMP-kiillotus suoritetaan tyypillisesti pyörivällä levyllä, jossa piikiekko pidetään paikallaan ja painetaan pyörivää kiillotustyynyä vasten. Liete levitetään kiekolle prosessin aikana helpottamaan sekä mekaanista hankausta että kemiallisia reaktioita, joita tarvitaan materiaalin poistamiseksi kiekon pinnalta.

CMP-kiillotusliete on hiomahiukkasten ja kemiallisten aineiden suspensio, jotka toimivat yhdessä saavuttaakseen halutut kiekon pintaominaisuudet. Liete levitetään kiillotustyynylle CMP-prosessin aikana, jossa sillä on kaksi päätehtävää:

• Mekaaninen hankaus: Lietteen hankaavat hiukkaset jauhavat fyysisesti pois kaikki epätasaisuudet tai epätasaisuudet kiekon pinnalla.
• Kemiallinen reaktio: Lietteen kemialliset aineet auttavat muokkaamaan pintamateriaalia, mikä helpottaa sen poistamista, vähentää kiillotustyynyn kulumista ja parantaa prosessin yleistä tehokkuutta.

Silicon Wafer CMP -lietteen tärkeimmät komponentit

CMP-lietteen koostumus on suunniteltu saavuttamaan täydellinen tasapaino hankaavan toiminnan ja kemiallisen vuorovaikutuksen välillä. Tärkeimmät komponentit sisältävät:

1. Hankaavat hiukkaset

Hankaavat hiukkaset ovat lietteen ydinelementti, joka vastaa kiillotusprosessin mekaanisesta näkökulmasta. Nämä hiukkaset on tyypillisesti valmistettu materiaaleista, kuten alumiinioksidista (Al2O3), piidioksidista (SiO2) tai ceriumoksidista (CeO2). Hankaavien hiukkasten koko ja tyyppi vaihtelevat sovelluksen ja kiillotettavan kiekon tyypin mukaan. Partikkelikoko on yleensä välillä 50 nm - useita mikrometrejä.

• Alumiinioksidipohjaiset lietteetkäytetään usein karkeaan kiillotukseen, kuten tasoitusvaiheessa.
• Piidioksidipohjaiset lietteetovat suositeltavia hienokiillotukseen, erityisesti kun vaaditaan erittäin sileää ja virheetöntä pintaa.
• Ceriapohjaiset lietteetkäytetään joskus materiaalien, kuten kuparin, kiillotukseen kehittyneissä puolijohteiden valmistusprosesseissa.

2. Kemialliset aineet (reagenssit)

Lietteen kemialliset aineet helpottavat kemiallis-mekaanista kiillotusprosessia modifioimalla kiekon pintaa. Nämä aineet voivat sisältää happoja, emäksiä, hapettimia tai kompleksinmuodostajia, jotka auttavat poistamaan ei-toivottuja materiaaleja tai muokkaavat kiekon pintaominaisuuksia.

Esimerkiksi:

• Hapettavat aineet, kuten vetyperoksidi (H2O2), auttavat hapettamaan kiekkojen metallikerroksia, jolloin ne on helpompi kiillottaa pois.
• Kelatointiaineet voivat sitoutua metalli-ioneihin ja auttaa estämään ei-toivottua metallikontaminaation.

Lietteen kemiallista koostumusta valvotaan huolellisesti, jotta saavutetaan oikea hankauskyvyn ja kemiallisen reaktiivisuuden tasapaino, joka on räätälöity tiettyjen kiekkojen kiillotettavien materiaalien ja kerrosten mukaan.

3. pH:n säätimet

Lietteen pH:lla on merkittävä rooli CMP-kiillotuksen aikana tapahtuvissa kemiallisissa reaktioissa. Esimerkiksi erittäin hapan tai emäksinen ympäristö voi edistää tiettyjen metallien tai oksidikerrosten liukenemista kiekolla. pH-säätimiä käytetään lietteen happamuuden tai emäksisyyden hienosäätöön suorituskyvyn optimoimiseksi.

4. Dispergointiaineet ja stabilointiaineet

Sen varmistamiseksi, että hankaavat hiukkaset pysyvät tasaisesti jakautuneina koko lietteeseen eivätkä agglomeroitu, lisätään dispergointiaineita. Nämä lisäaineet auttavat myös stabiloimaan lietteen ja parantamaan sen säilyvyyttä. Lietteen sakeus on ratkaisevan tärkeää tasaisten kiillotustulosten saavuttamiseksi.

Kuinka CMP-kiillotusliete toimii?

CMP-prosessi toimii yhdistämällä mekaanisia ja kemiallisia toimia pinnan tasoittumisen saavuttamiseksi. Kun lietettä levitetään kiekolle, hankaavat hiukkaset hiovat pois pintamateriaalin, kun taas kemialliset aineet reagoivat pinnan kanssa muokkaaen sitä siten, että se on helpompi kiillottaa. Hankaavien hiukkasten mekaaninen vaikutus toimii kaapimalla fysikaalisesti pois materiaalikerroksia, kun taas kemialliset reaktiot, kuten hapettuminen tai syövytys, pehmentävät tai liuottavat tiettyjä materiaaleja, mikä helpottaa niiden poistamista.

Piikiekkojen käsittelyssä CMP-kiillotuslietettä käytetään seuraavien tavoitteiden saavuttamiseksi:

• Tasaisuus ja sileys: Sen varmistaminen, että kiekolla on tasainen, virheetön pinta, on ratkaisevan tärkeää sirujen valmistuksen myöhemmissä vaiheissa, kuten fotolitografiassa ja pinnoituksessa.
• Materiaalin poisto: Liete auttaa poistamaan ei-toivottuja kalvoja, oksideja tai metallikerroksia kiekon pinnalta.
• Vähemmän pintavikoja: Oikea lietekoostumus auttaa minimoimaan naarmuuntumista, kuoppaisuutta ja muita vikoja, jotka voivat vaikuttaa negatiivisesti integroitujen piirien suorituskykyyn.

Eri puolijohdemateriaalit vaativat erilaisia ​​CMP-lietteitä, koska jokaisella materiaalilla on erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Tässä on joitain puolijohteiden valmistukseen liittyviä keskeisiä materiaaleja ja niiden kiillottamiseen tyypillisesti käytettyjä lietteitä:

1. Piidioksidi (SiO2)

Piidioksidi on yksi yleisimmistä puolijohteiden valmistuksessa käytetyistä materiaaleista. Piidioksidipohjaisia ​​CMP-lietteitä käytetään tyypillisesti piidioksidikerrosten kiillotukseen. Nämä lietteet ovat yleensä mietoja ja suunniteltu tuottamaan sileä pinta ja minimoimalla alla olevien kerrosten vauriot.

2. Kupari

Kuparia käytetään laajalti liitoksissa, ja sen CMP-prosessi on monimutkaisempi sen pehmeän ja tahmean luonteen vuoksi. Kupari-CMP-lietteet ovat tyypillisesti ceriumoksidipohjaisia, koska ceriumoksidi on erittäin tehokas kuparin ja muiden metallien kiillotuksessa. Nämä lietteet on suunniteltu poistamaan kuparimateriaalia samalla kun vältetään liiallinen kuluminen tai ympäröivien dielektristen kerrosten vaurioituminen.

3. Volframi (W)

Volframi on toinen materiaali, jota käytetään yleisesti puolijohdelaitteessa, erityisesti kosketusaukoissa ja läpiviennissä. Volframi-CMP-lietteet sisältävät usein hankaavia hiukkasia, kuten piidioksidia, ja erityisiä kemiallisia aineita, jotka on suunniteltu poistamaan volframia vaikuttamatta alla oleviin kerroksiin.

Miksi CMP-kiillotusliete on tärkeää?

CMP-liete on olennainen osa sen varmistamista, että piikiekon pinta on koskematon, mikä vaikuttaa suoraan lopullisten puolijohdelaitteiden toimivuuteen ja suorituskykyyn. Jos lietettä ei formuloida tai levitetä huolellisesti, se voi johtaa virheisiin, huonoon pinnan tasaisuuteen tai kontaminaatioon, jotka kaikki voivat vaarantaa mikrosirujen suorituskyvyn ja lisätä tuotantokustannuksia.

Joitakin korkealaatuisen CMP-lietteen käytön etuja ovat:

• Parempi kiekkojen tuotto: Oikea kiillotus varmistaa, että useampi kiekko täyttää vaaditut vaatimukset, mikä vähentää vikojen määrää ja parantaa kokonaissaantoa.
• Parempi prosessin tehokkuus: Oikea liete voi optimoida kiillotusprosessin, mikä vähentää kiekkojen valmistukseen liittyvää aikaa ja kustannuksia.
• Parannettu laitteen suorituskyky: Sileä ja tasainen kiekon pinta on kriittinen integroitujen piirien suorituskyvyn kannalta, sillä se vaikuttaa kaikkeen käsittelytehosta energiatehokkuuteen.