planarização químico-mecânico - Chemical-mechanical planarization

Quimico-mecânico de polimento / planarização é um processo de alisamento superfícies com a combinação de forças mecânicas e químicas. Pode ser considerada como um híbrido de ataque químico e livre abrasivo de polimento.

Descrição

princípio funcional do CMP

O processo utiliza um abrasivo químico e corrosivo suspensão (geralmente um colóide ) em conjunto com um polimento anel de almofada de retenção e, tipicamente, de um diâmetro maior do que a bolacha. A almofada e bolacha são pressionados em conjunto por uma cabeça de polimento dinâmico e mantido no lugar por um anel de retenção de plástico. A cabeça de polimento dinâmica é rodado com diferentes eixos de rotação (isto é, não concêntrica ). Esta remove o material e tende a uniformizar quaisquer irregular topografia , fazendo com que a bolacha plana ou planar. Isso pode ser necessário para configurar a bolacha para a formação de elementos de circuito adicionais. Por exemplo, CMP pode trazer toda a superfície dentro da profundidade de campo de um fotolitografia sistema, ou remover selectivamente material de base na sua posição. Requisitos típicos de profundidade de campo são até Angstrom níveis para o mais recente tecnologia de 22 nm.

princípios de funcionamento

ação física

Ferramentas CMP típicos, tais como os vistos na direita, consistir de uma placa rotativa e extremamente plana, que é coberta por uma almofada. A bolacha que está a ser polido está montado de cabeça para baixo num suporte / eixo sobre uma película de suporte. O anel de retenção (Figura 1) mantém a bolacha na posição horizontal correcta. Durante o processo de carregamento e descarregamento da bolacha para a ferramenta, a bolacha é realizada por vácuo por meio do transportador para evitar que partículas indesejadas se acumule sobre a superfie da bolacha. A suspensão do mecanismo de introdução depósitos a lama sobre a almofada, representado pelo fornecimento de pasta na Figura 1. Tanto a placa e o transportador são, em seguida, rodado e o transportador é mantido oscilante; este pode ser melhor visto na vista superior da Figura 2. A queda de pressão / força para baixo é aplicada ao transportador, empurrando-o contra a almofada; tipicamente a força para baixo é uma força média, mas é necessária pressão local para os mecanismos de remoção. Força para baixo depende da área de contacto que, por sua vez, depende das estruturas tanto da bolacha ea almofada. Tipicamente, as almofadas têm uma rugosidade de 50? M; o contacto é feito por asperezas (que, tipicamente, são os pontos altos sobre a bolacha) e, como resultado, a área de contacto é apenas uma fracção da área da bolacha. No CMP, as propriedades mecânicas do próprio wafer também devem ser considerados. Se a pastilha tem uma estrutura ligeiramente curvada, a pressão será maior nas extremidades do que seria no centro, o que faz com que polimento não uniforme. A fim de compensar a curva da bolacha, a pressão pode ser aplicada à parte traseira da bolacha, que, por sua vez, irá igualar as diferenças centro de ponta. As pastilhas utilizadas na ferramenta CMP deve ser rígido, a fim de polir de modo uniforme a superfície da bolacha. No entanto, estas almofadas rígidas deve ser mantido em alinhamento com a bolacha em todos os momentos. Portanto, almofadas reais são muitas vezes apenas pilhas de materiais macios e duros que estejam em conformidade com wafer topografia até certo ponto. Geralmente, estas almofadas são feitas de materiais poliméricos porosos com uma dimensão de poro entre 30-50? M, e porque eles são consumidos durante o processo, devem ser regularmente recondicionado. Na maioria dos casos as almofadas são muito proprietárias e são geralmente referidos por seus nomes de marca em vez de sua química ou outras propriedades.

ação química

Uso na fabricação de semicondutores

Antes de cerca de 1990 CMP foi visto como muito "sujo" para ser incluído nos processos de fabrico de alta precisão, uma vez que a abrasão tende a criar partículas e os abrasivos em si não são sem impurezas. Desde essa altura, o circuito integrado indústria passou de alumínio de cobre condutores. Isto requer o desenvolvimento de uma padronização aditivo processo, que se baseia nas capacidades únicas de CMP para remover o material em um plano e uniforme da forma e para parar repetidamente na interface entre as camadas de cobre e de óxido de isolamento (ver fichas à base de cobre para detalhes). A adoção deste processo fez processamento CMP muito mais difundido. Além de alumínio e cobre, processos CMP foram desenvolvidos para polimento de tungsténio, dióxido de silício, e (recentemente) nanotubos de carbono.

limitações

Atualmente várias limitações do CMP que aparecem durante o processo de polimento requer otimização de uma nova tecnologia. Em particular, uma melhoria em metrologia wafer é necessária. Além disso, descobriu-se que o processo de CMP tem vários defeitos potenciais incluindo o stress craqueamento , delaminação nas interfaces fracos, e ataques corrosivos das lamas produtos químicos. O processo de polimento de óxido, que é a mais antiga e mais usada na indústria de hoje, tem um problema: a falta de pontos de extremidade requer polimento cego, tornando-o difícil de determinar quando a quantidade desejada de material ter sido removido ou o grau desejado de planarização possui sido obtido. Se a camada de óxido não foi suficientemente diluído e / ou o grau desejado de planaridade não foi alcançado durante este processo, em seguida, (teoricamente), a bolacha pode ser repolished, mas na prática, isso é pouco atraente em produção e é para ser evitado se tudo for possível. Se a espessura do óxido é muito fina ou muito não uniforme, em seguida, a bolacha tem de ser reformulado, um processo e um até mesmo menos atraente que é susceptível de falhar. Obviamente, este método é demorado e dispendioso uma vez que os técnicos têm de ser mais atenta durante a realização deste processo.

Aplicação

A falta de isolamento trincheira (IST), um processo utilizado para o fabrico de dispositivos semicondutores, é uma técnica utilizada para melhorar o isolamento entre os dispositivos e as áreas activas. Além disso, STI tem um maior grau de planaridade tornando-se essencial na fotolitografia aplicações, profundidade de orçamento foco diminuindo largura mínima de linha. Para planarização trincheiras rasas, um método comum devem ser utilizadas, tais como a combinação de resistir a decapagem-volta (REB) e polimento mecânico-químico (CMP). Este processo vem em um padrão de sequência como se segue. Em primeiro lugar, o perfil de isolamento trincheira é transferido para a bolacha de silício. Óxido é depositada sobre a pastilha com a forma de trincheiras. Uma máscara foto, composta de nitreto de silício , é modelado na parte superior deste óxido sacrificial. Uma segunda camada é adicionado à bolacha para criar uma superfície plana. Depois disso, o silício é termicamente oxidada, de modo que o óxido cresce em regiões onde não há Si3N4 e o crescimento é entre 0,5 e 1,0 mm de espessura. Uma vez que as espécies oxidantes, tais como água ou oxigénio não são capazes de se difundir através da máscara, o nitreto impede a oxidação. Em seguida, o processo de gravação é utilizado para gravar a bolacha e deixar uma pequena quantidade de óxido nas áreas activas. No final, a CMP é utilizado para polir o SiO 2 sobrecarregar com um óxido sobre a área activa.

Veja também

Referências

livros

  • Processamento de silício para o VLSI Era - Vol. IV Deep-submicron Tecnologia de Processos - S Wolf, 2002, ISBN  978-0-9616721-7-1 ., Capítulo 8 "Chemical mecânico polimento" pp 313-432

links externos