Co je lešticí kaše Silicon Wafer CMP?

Leštící suspenze CMP (Chemical Mechanical Planarization) křemíkového plátku je kritickou součástí procesu výroby polovodičů. Hraje klíčovou roli při zajišťování toho, že křemíkové wafery – používané k vytváření integrovaných obvodů (IC) a mikročipů – jsou vyleštěny na přesnou úroveň hladkosti požadovanou pro další fáze výroby. V tomto článku prozkoumáme roliCMP kašepři zpracování křemíkových plátků, jejich složení, jak funguje a proč je nepostradatelný pro polovodičový průmysl.

Co je leštění CMP?

Než se ponoříme do specifik CMP kaše, je nezbytné porozumět samotnému procesu CMP. CMP je kombinací chemických a mechanických procesů používaných k planarizaci (vyhlazení) povrchu křemíkových plátků. Tento proces je zásadní pro zajištění toho, že wafer je bez defektů a má jednotný povrch, což je nezbytné pro následné nanášení tenkých vrstev a další procesy, které vytvářejí vrstvy integrovaných obvodů.

CMP leštění se typicky provádí na rotující desce, kde je silikonový plátek držen na místě a přitlačován proti rotující leštící podložce. Kaše se nanáší na plátek během procesu, aby se usnadnilo jak mechanické otěru, tak chemické reakce potřebné k odstranění materiálu z povrchu plátku.

Leštící kaše CMP je suspenze abrazivních částic a chemických činidel, které spolupracují za účelem dosažení požadovaných vlastností povrchu plátků. Kaše se nanáší na leštící podložku během procesu CMP, kde plní dvě primární funkce:

• Mechanická abraze: Abrazivní částice v kaši fyzicky odstraňují veškeré nedokonalosti nebo nepravidelnosti na povrchu destičky.
• Chemická reakce: Chemická činidla v kaši pomáhají modifikovat povrchový materiál, usnadňují jeho odstranění, snižují opotřebení leštícího kotouče a zlepšují celkovou účinnost procesu.

Klíčové složky křemíkové destičky CMP kaše

Složení suspenze CMP je navrženo tak, aby bylo dosaženo dokonalé rovnováhy abrazivního působení a chemické interakce. Mezi klíčové komponenty patří:

1. Abrazivní částice

Brusné částice jsou základním prvkem kaše, který je zodpovědný za mechanický aspekt procesu leštění. Tyto částice jsou obvykle vyrobeny z materiálů, jako je oxid hlinitý (Al2O3), oxid křemičitý (SiO2) nebo cer (CeO2). Velikost a typ abrazivních částic se liší v závislosti na aplikaci a typu leštěné destičky. Velikost částic je obvykle v rozmezí od 50 nm do několika mikrometrů.

• Kaše na bázi oxidu hlinitéhose často používají pro hrubé leštění, například během počátečních fází planarizace.
• Kaše na bázi křemíkujsou upřednostňovány pro jemné leštění, zvláště když je požadován velmi hladký povrch bez defektů.
• Kaše na bázi ceriase někdy používají k leštění materiálů jako je měď v pokročilých procesech výroby polovodičů.

2. Chemická činidla (činidla)

Chemická činidla v kaši usnadňují chemicko-mechanický proces leštění úpravou povrchu destičky. Mezi tato činidla mohou patřit kyseliny, zásady, oxidační činidla nebo komplexotvorná činidla, která pomáhají odstraňovat nežádoucí materiály nebo upravovat povrchové vlastnosti destičky.

Například:

• Oxidační činidla, jako je peroxid vodíku (H2O2), pomáhají oxidovat kovové vrstvy na plátku, což usnadňuje jejich vyleštění.
• Chelatační činidla se mohou vázat na kovové ionty a pomáhají předcházet nežádoucí kontaminaci kovů.

Chemické složení kaše je pečlivě kontrolováno, aby se dosáhlo správné rovnováhy abrazivity a chemické reaktivity, přizpůsobené konkrétním materiálům a vrstvám, které se na plátku leští.

3. Úprava pH

pH suspenze hraje významnou roli v chemických reakcích, které probíhají při leštění CMP. Například vysoce kyselé nebo alkalické prostředí může zlepšit rozpouštění určitých kovů nebo oxidových vrstev na plátku. K jemnému doladění kyselosti nebo zásaditosti kejdy k optimalizaci výkonu se používají přípravky na úpravu pH.

4. Dispergační prostředky a stabilizátory

Aby se zajistilo, že abrazivní částice zůstanou rovnoměrně distribuovány v kaši a nebudou se shlukovat, přidávají se dispergační činidla. Tyto přísady také pomáhají stabilizovat kaši a zlepšují její trvanlivost. Konzistence kaše je rozhodující pro dosažení konzistentních výsledků leštění.

Jak leštící břečka CMP funguje?

Proces CMP funguje tak, že kombinuje mechanické a chemické působení k dosažení planarizace povrchu. Při nanášení kaše na destičku abrazivní částice obrousí povrchový materiál, zatímco chemická činidla reagují s povrchem a upravují jej tak, že jej lze snadněji leštit. Mechanické působení abrazivních částic funguje tak, že se fyzikálně seškrabují vrstvy materiálu, zatímco chemické reakce, jako je oxidace nebo leptání, změkčují nebo rozpouštějí určité materiály, což usnadňuje jejich odstranění.

V souvislosti se zpracováním křemíkových plátků se leštící suspenze CMP používá k dosažení následujících cílů:

• Plochost a hladkost: Zajištění, že plátek má jednotný povrch bez defektů, je zásadní pro následné kroky při výrobě čipu, jako je fotolitografie a depozice.
• Odstraňování materiálu: Kaše pomáhá odstranit nežádoucí filmy, oxidy nebo kovové vrstvy z povrchu destičky.
• Snížení povrchových vad: Správné složení kaše pomáhá minimalizovat škrábance, důlky a další vady, které by mohly negativně ovlivnit výkon integrovaných obvodů.

Různé polovodičové materiály vyžadují různé suspenze CMP, protože každý materiál má odlišné fyzikální a chemické vlastnosti. Zde jsou některé z klíčových materiálů zapojených do výroby polovodičů a typy kalů, které se obvykle používají k jejich leštění:

1. Oxid křemičitý (SiO2)

Oxid křemičitý je jedním z nejběžnějších materiálů používaných při výrobě polovodičů. Suspenze CMP na bázi křemíku se obvykle používají pro leštění vrstev oxidu křemičitého. Tyto kaše jsou obecně mírné a navržené tak, aby vytvořily hladký povrch a zároveň minimalizovaly poškození spodních vrstev.

2. Měď

Měď je široce používána v propojeních a její proces CMP je složitější kvůli její měkké a lepkavé povaze. Měděné CMP kaše jsou obvykle na bázi ceru, protože cer je vysoce účinný při leštění mědi a jiných kovů. Tyto kaše jsou navrženy tak, aby odstranily měděný materiál a zároveň zabránily nadměrnému opotřebení nebo poškození okolních dielektrických vrstev.

3. Wolfram (W)

Wolfram je další materiál běžně používaný v polovodičových součástkách, zejména v kontaktních průchodech a výplních. Tungsten CMP kaše často obsahují abrazivní částice, jako je oxid křemičitý a specifická chemická činidla určená k odstranění wolframu bez ovlivnění spodních vrstev.

Proč je leštící břečka CMP důležitá?

Suspenze CMP je nedílnou součástí zajištění toho, že povrch křemíkového plátku je nedotčený, což přímo ovlivňuje funkčnost a výkon finálních polovodičových zařízení. Pokud není kaše pečlivě formulována nebo aplikována, může to vést k defektům, špatné rovinnosti povrchu nebo kontaminaci, což vše může ohrozit výkon mikročipů a zvýšit výrobní náklady.

Některé z výhod používání vysoce kvalitní suspenze CMP zahrnují:

• Vylepšená výtěžnost destiček: Správné leštění zajišťuje, že více destiček splňuje požadované specifikace, snižuje počet defektů a zlepšuje celkovou výtěžnost.
• Zvýšená efektivita procesu: Správná kaše může optimalizovat proces leštění a zkrátit tak čas a náklady spojené s přípravou plátků.
• Vylepšený výkon zařízení: Hladký a stejnoměrný povrch waferu je rozhodující pro výkon integrovaných obvodů a ovlivňuje vše od výkonu zpracování až po energetickou účinnost.