Характеристики и руководство по выбору шлама для полировки пластин CMP

На этапе глобальной планаризации при производстве полупроводниковых пластин химико-механическая полировка (CMP) является критически важным процессом. Являясь основным расходным материалом, полировальная суспензия CMP напрямую определяет ключевые параметры поверхности пластин, такие как плоскостность и количество дефектов, что влияет на конечную производительность и выход микросхем. Основываясь на основных преимуществах и критериях выбора полировальных шламов для CMP, компания Jizhi Electronics предоставляет практические рекомендации для предприятий по производству полупроводников.

I. Четыре основные характеристики полировочного шлама CMP

Полировальная суспензия CMP состоит из таких компонентов, как абразивы, окислители и хелатирующие агенты, что требует баланса между “химической коррозией” и “механической шлифовкой”. Ее основные характеристики можно свести к следующему:

1. Точный и контролируемый химико-механический синергетический эффект
   Во время полировки окислитель сначала окисляет материал поверхности пластины до легко удаляемых оксидов. Затем хелатирующий агент образует растворимые комплексы с этими оксидами, которые впоследствии удаляются абразивной шлифовкой. Высококачественная полировальная суспензия позволяет достичь баланса, при котором “скорость коррозии ≈ скорость шлифования”, что позволяет избежать таких проблем, как ямочки на поверхности или низкая эффективность удаления.

2. Низкое количество дефектов + высокое качество поверхности

   • Передовые технологические узлы предъявляют чрезвычайно высокие требования к дефектам поверхности пластин (царапинам, остаткам и т. д.). Полировальная суспензия минимизирует механические повреждения и улучшает очистку от остатков благодаря использованию мягких абразивов (например, органического кремнезема) и оптимизации формул поверхностно-активных веществ, обеспечивая соответствие шероховатости поверхности техническим требованиям (Ra может составлять <0,1 нм на этапе тонкой полировки).

3. Гибкая регулировка скорости удаления и селективности
   Различные этапы полировки имеют разные потребности: полировка кремниевой подложки требует высокой скорости удаления (для быстрого устранения коробления пластин), а полировка металлических/диэлектрических слоев требует высокой селективности (например, селективность Cu/SiO2 >10:1, чтобы избежать “вымывания”). Регулируя концентрацию окислителя и значение pH, можно точно подобрать суспензию в соответствии с различными технологическими требованиями.

4. Стабильная совместимость и гарантия
   Суспензия отвечает экологическим требованиям полупроводниковой промышленности, не содержит тяжелых металлов и летучих органических соединений и обладает низкой раздражающей способностью. Она также обладает превосходной стабильностью от партии к партии (отклонение скорости удаления между партиями <5%), предотвращая колебания выхода продукции при массовом производстве из-за непостоянства расходных материалов.

II. Выбор правильной полировальной суспензии по стадиям процесса

На разных этапах обработки пластин предъявляются существенно разные требования к полировочному раствору. Целенаправленный выбор является ключевым моментом:

1. Полировка кремниевых субстратов (грубая + тонкая)

   • Требования: Высокая скорость съема для грубой полировки; низкая шероховатость и отсутствие повреждений для тонкой полировки.

   • Рекомендуемые типы: Щелочная абразивная суспензия SiO2 для грубой полировки; мягкая органическая суспензия Silica Sol для тонкой полировки.

   • Сценарии применения: Окончательная полировка 8/12-дюймовых кремниевых пластин, закладывающая основу для последующей фотолитографии и осаждения тонких пленок.

   • 

2. Полировка диэлектрического слоя (SiO2/Si3N4)

   • Требования: Высокая скорость удаления, низкое количество дефектов и высокая селективность по отношению к металлическим слоям.

   • Рекомендуемые типы: Щелочная коллоидная полировальная суспензия SiO2; для полировки диэлектриков с низким К выбирайте суспензии с абразивами низкой твердости и слабощелочной системой.

   • Сценарии применения: Планаризация для изоляции неглубоких траншей (STI) и межслойного диэлектрика (ILD).

3. Полировка металлического слоя (Cu/W)

   • Требования: Высокая скорость удаления металла, высокая селективность, низкий остаток.

   • Рекомендуемые типы: Кислотная абразивная суспензия SiO2 для полировки меди; кислотная абразивная суспензия Al2O3 для полировки W.

   • Сценарии применения: Полировка металлических соединительных линий, контактных отверстий/виасов.

4. Специальная полировка для современных узлов (7 нм и ниже)

   • Требования: Сверхнизкий уровень дефектов, плоскостность на атомном уровне, совместимость с очень тонкими пленками.

   • Рекомендуемые типы: Полировальная суспензия с атомарным слоем, полировальная суспензия без абразива.

   • Сценарии применения: Полировка критических слоев для современных логических микросхем и микросхем памяти 3D NAND.

   • 

III. 3 совета по выбору раствора для полировки пластин

1. Соответствие узла процесса и размера пластины: Для современных узлов (например, 5 нм) выбирайте суспензии высокой чистоты с мелким размером частиц. Для 12-дюймовых пластин обратите внимание на равномерное покрытие, чтобы избежать краевых эффектов.

2. Баланс затрат и цепочки поставок: При массовом производстве гибко комбинируйте экономичные отечественные суспензии для грубой полировки с импортными или высококлассными отечественными суспензиями CMP для тонкой полировки (существующие отечественные альтернативы суспензий для тонкой полировки работают наравне с международными брендами). Кроме того, следует обеспечить стабильный потенциал поставщиков.

3. Настройка для специальных процессов: Для полировки широкозонных полупроводников, таких как SiC/GaN, сотрудничайте с поставщиками для создания специальных составов (например, алмазной абразивной суспензии высокой твердости для полировки SiC).

Компания Jizhi Electronics, специализирующаяся на производстве полупроводников, глубоко осознает критическое влияние полировочной суспензии CMP на производительность производства пластин. Опираясь на наше глубокое понимание промышленных процессов, мы можем предоставить клиентам индивидуальные услуги, такие как консультации по выбору полировальной жидкости и тестирование адаптации процесса. Мы стремимся помочь полупроводниковым предприятиям точно соответствовать их потребностям, оптимизировать эффективность производства и неуклонно продвигаться по пути передового производства.