Hva er Silicon Wafer CMP Polishing Slurry?

Silisiumwafer CMP (Chemical Mechanical Planarization) poleringsslurry er en kritisk komponent i halvlederproduksjonsprosessen. Den spiller en sentral rolle for å sikre at silisiumskiver – som brukes til å lage integrerte kretser (IC) og mikrobrikker – poleres til nøyaktig det jevnhetsnivået som kreves for de neste produksjonsstadiene. I denne artikkelen vil vi utforske rollen tilCMP slurryi prosessering av silisiumwafer, dens sammensetning, hvordan den fungerer, og hvorfor den er uunnværlig for halvlederindustrien.

Hva er CMP-polering?

Før vi dykker ned i detaljene til CMP-slurry, er det viktig å forstå selve CMP-prosessen. CMP er en kombinasjon av kjemiske og mekaniske prosesser som brukes til å planarisere (jevne ut) overflaten til silisiumskiver. Denne prosessen er avgjørende for å sikre at waferen er fri for defekter og har en jevn overflate, noe som er nødvendig for påfølgende avsetning av tynne filmer og andre prosesser som bygger opp lagene av integrerte kretser.

CMP-polering utføres vanligvis på en roterende plate, hvor en silisiumplate holdes på plass og presses mot en roterende poleringspute. Oppslemmingen påføres waferen under prosessen for å lette både den mekaniske slitasjen og de kjemiske reaksjonene som trengs for å fjerne materiale fra waferoverflaten.

CMP poleringsslurry er en suspensjon av slipende partikler og kjemiske midler som arbeider sammen for å oppnå de ønskede waferoverflateegenskaper. Oppslemmingen påføres poleringsputen under CMP-prosessen, hvor den har to hovedfunksjoner:

• Mekanisk slitasje: De slipende partiklene i slurryen sliper fysisk bort eventuelle ufullkommenheter eller uregelmessigheter på waferens overflate.
• Kjemisk reaksjon: De kjemiske midlene i slurryen bidrar til å modifisere overflatematerialet, noe som gjør det lettere å fjerne, reduserer slitasjen på poleringsputen og forbedrer den generelle effektiviteten til prosessen.

Nøkkelkomponenter i Silicon Wafer CMP slurry

Sammensetningen av CMP slurry er designet for å oppnå den perfekte balansen mellom slipende virkning og kjemisk interaksjon. Nøkkelkomponentene inkluderer:

1. Slipende partikler

De slipende partiklene er kjerneelementet i slurryen, ansvarlig for det mekaniske aspektet av poleringsprosessen. Disse partiklene er vanligvis laget av materialer som alumina (Al2O3), silika (SiO2) eller ceriumoksid (CeO2). Størrelsen og typen av slipemiddelpartikler varierer avhengig av applikasjonen og typen wafer som poleres. Partikkelstørrelsen er vanligvis i området 50 nm til flere mikrometer.

• Aluminiumoksydbaserte oppslemmingerbrukes ofte til grovpolering, for eksempel under de innledende planariseringsstadiene.
• Silikabaserte oppslemmingerforetrekkes for finpolering, spesielt når det kreves en veldig glatt og feilfri overflate.
• Ceria-baserte oppslemmingerbrukes noen ganger til polering av materialer som kobber i avanserte halvlederproduksjonsprosesser.

2. Kjemiske midler (reagenser)

Kjemiske midler i slurryen letter den kjemisk-mekaniske poleringsprosessen ved å modifisere overflaten på waferen. Disse midlene kan inkludere syrer, baser, oksidasjonsmidler eller kompleksdannende midler som hjelper til med å fjerne uønskede materialer eller modifisere waferens overflateegenskaper.

For eksempel:

• Oksyderingsmidler som hydrogenperoksid (H2O2) hjelper til med å oksidere metalllag på waferen, noe som gjør dem lettere å polere bort.
• Chelaterende midler kan binde seg til metalliske ioner og bidra til å forhindre uønsket metallforurensning.

Den kjemiske sammensetningen til slurryen er nøye kontrollert for å oppnå den rette balansen mellom slipeevne og kjemisk reaktivitet, skreddersydd til de spesifikke materialene og lagene som poleres på waferen.

3. pH-justeringer

pH i slurryen spiller en betydelig rolle i de kjemiske reaksjonene som finner sted under CMP-polering. For eksempel kan et svært surt eller alkalisk miljø øke oppløsningen av visse metaller eller oksidlag på waferen. pH-justeringer brukes til å finjustere slurryens surhet eller alkalitet for å optimalisere ytelsen.

4. Dispergeringsmidler og stabilisatorer

For å sikre at slipepartiklene forblir jevnt fordelt gjennom slurryen og ikke agglomererer, tilsettes dispergeringsmidler. Disse tilsetningsstoffene bidrar også til å stabilisere slurryen og forbedre holdbarheten. Konsistensen til slurryen er avgjørende for å oppnå konsistente poleringsresultater.

Hvordan fungerer CMP-poleringsslurry?

CMP-prosessen fungerer ved å kombinere mekaniske og kjemiske handlinger for å oppnå overflateplanarisering. Når slurryen påføres waferen, sliper slipepartiklene bort overflatematerialet, mens de kjemiske midlene reagerer med overflaten for å modifisere den på en slik måte at den lettere kan poleres. Den mekaniske virkningen til de slipende partiklene fungerer ved å fysisk skrape av lag med materiale, mens de kjemiske reaksjonene, som oksidasjon eller etsing, mykner eller løser opp visse materialer, noe som gjør det lettere å fjerne dem.

I sammenheng med prosessering av silisiumwafer, brukes CMP-poleringsslurry for å oppnå følgende mål:

• Flathet og glatthet: Å sikre at waferen har en jevn, defektfri overflate er avgjørende for påfølgende trinn i brikkefremstilling, som fotolitografi og avsetning.
• Materialfjerning: Oppslemmingen hjelper til med å fjerne uønskede filmer, oksider eller metalllag fra waferoverflaten.
• Reduserte overflatedefekter: Den riktige slurrysammensetningen hjelper til med å minimere riper, gropdannelser og andre defekter som kan påvirke ytelsen til de integrerte kretsene negativt.

Ulike halvledermaterialer krever forskjellige CMP-oppslemminger, da hvert materiale har forskjellige fysiske og kjemiske egenskaper. Her er noen av nøkkelmaterialene som er involvert i halvlederproduksjon og typene slurries som vanligvis brukes til å polere dem:

1. Silisiumdioksid (SiO2)

Silisiumdioksid er et av de vanligste materialene som brukes i halvlederproduksjon. Silisiumdioksydbaserte CMP-oppslemminger brukes vanligvis til polering av silisiumdioksidlag. Disse slurryene er generelt milde og designet for å gi en jevn overflate samtidig som skader på de underliggende lagene minimeres.

2. Kobber

Kobber er mye brukt i sammenkoblinger, og CMP-prosessen er mer kompleks på grunn av dens myke og klissete natur. Kobber CMP-slam er typisk cerium-baserte, da cerium er svært effektivt til å polere kobber og andre metaller. Disse slurryene er designet for å fjerne kobbermateriale samtidig som man unngår overdreven slitasje eller skade på de omkringliggende dielektriske lagene.

3. Wolfram (W)

Wolfram er et annet materiale som vanligvis brukes i halvlederenheter, spesielt i kontaktvias og via fylling. Tungsten CMP-slam inneholder ofte slipende partikler som silika og spesifikke kjemiske midler designet for å fjerne wolfram uten å påvirke de underliggende lagene.

Hvorfor er CMP-poleringsslurry viktig?

CMP-slurryen er integrert for å sikre at overflaten på silisiumplaten er uberørt, noe som direkte påvirker funksjonaliteten og ytelsen til de endelige halvlederenhetene. Hvis slurryen ikke er nøye formulert eller påført, kan det føre til defekter, dårlig flathet på overflaten eller forurensning, som alle kan kompromittere ytelsen til mikrobrikkene og øke produksjonskostnadene.

Noen av fordelene med å bruke høykvalitets CMP-slurry inkluderer:

• Forbedret wafer-utbytte: Riktig polering sikrer at flere wafere oppfyller de nødvendige spesifikasjonene, reduserer antallet defekter og forbedrer det totale utbyttet.
• Økt prosesseffektivitet: Riktig slurry kan optimalisere poleringsprosessen, redusere tiden og kostnadene forbundet med forberedelse av wafer.
• Forbedret enhetsytelse: En jevn og jevn waferoverflate er avgjørende for ytelsen til integrerte kretser, og påvirker alt fra prosessorkraft til energieffektivitet.