Polissage mécano-chimique. Combine l'action chimique de la suspension (slurry) et le polissage mécanique du tampon pour planariser la surface de la plaquette.
Nom japonais: CMP
« CMP » apparaît dans 54 questions d'entraînement réparties sur 14 thèmes, dont CMP et nettoyage, Procédés d'interconnexion, Plaquettes de silicium.
Domaine: CMP et nettoyage
En polissage mécano-chimique (CMP), une tête maintient la plaquette face vers le bas contre un tampon poreux en polyuréthane, posé sur un plateau rotatif d'environ 70 à 80 cm de diamètre, tandis que la suspension (slurry) s'écoule entre les deux. La chimie de la suspension transforme la surface du film en une couche plus tendre, comme un métal oxydé ou un oxyde hydraté, que les particules abrasives, de quelques dizaines à plus de cent nanomètres, et le tampon éliminent ensemble. Le retrait suit l'équation de Preston : vitesse = k × pression × vitesse relative. Les reliefs subissent une pression locale plus forte et se polissent plus vite, ce qui explique l'aplanissement de la surface.
La logique avancée compte des dizaines d'étapes de CMP. L'oxyde d'isolation par tranchées peu profondes (STI) est poli avec une suspension à base d'oxyde de cérium jusqu'à une couche d'arrêt en nitrure de silicium, avec une sélectivité oxyde/nitrure de quelques dizaines à plus de 100. Les plots de tungstène nécessitent un oxydant comme le peroxyde d'hydrogène pour ramollir le métal. Le câblage en cuivre ne peut pas être gravé à sec, car les halogénures de cuivre ne sont pas volatils : il est donc réalisé par damascène, le cuivre remplissant les tranchées et le CMP retirant l'excédent par étapes, d'abord le cuivre massif, puis la barrière Ta/TaN. La planéité globale maintient aussi chaque niveau dans une profondeur de champ lithographique d'environ 100 nm.
Les résultats du CMP dépendent du dessin. Le dishing est le creux en forme de cuvette qui se forme dans les lignes métalliques larges et les plots, où le métal tendre au centre est poli plus bas que le diélectrique environnant ; il s'accentue avec la largeur et augmente la résistance de ligne. L'érosion est l'amincissement simultané du métal et du diélectrique dans les réseaux denses de lignes étroites. Les zones denses se polissant plus lentement que les zones clairsemées, les concepteurs plafonnent la largeur des lignes, fendent les lignes larges et insèrent des motifs factices (dummy fill) électriquement inactifs afin que la densité de motifs, et donc l'épaisseur après CMP, reste uniforme.
La détection de fin de polissage surveille le couple du moteur du plateau ou la réflectance optique vue à travers une fenêtre du plateau, qui changent lorsque le film sous-jacent apparaît ; des capteurs à courants de Foucault suivent l'épaisseur du métal. Un conditionneur diamanté rafraîchit en continu le tampon pour éviter son glaçage, et des têtes multizones comportant environ 5 à 10 zones de pression ainsi qu'un anneau de retenue ajustent le retrait du centre au bord. Les rayures proviennent surtout d'agglomérats de particules de la suspension, qui est donc filtrée. Ensuite, les plaquettes passent, encore humides, au brossage et au nettoyage chimique, afin que des particules séchées ne puissent pas adhérer à la surface.
Réponse : B. Silice colloïdale (fines particules de silice)
Le polissage de finition des wafers utilise de la silice colloïdale, constituée de fines particules de silice de quelques dizaines de nm dispersées dans une solution alcaline. L'alcali transforme chimiquement la surface du silicium en une couche tendre que les particules enlèvent mécaniquement ; cette combinaison d'actions chimique et mécanique donne un état miroir sans dommage, avec une rugosité d'environ 0.1 nm. Les particules étant tendres, elles ne rayent pas profondément le silicium, et la contamination métallique est évitée.
Réponse : A. Il combine l'action chimique de la suspension (slurry) et le polissage mécanique du tampon pour aplanir la surface
Le CMP polit la plaquette en la pressant contre un tampon de polissage en rotation, tout en apportant une suspension (slurry) contenant des particules abrasives et des réactifs. La réaction chimique transforme la surface en une couche tendre, que les particules et le tampon éliminent mécaniquement ; on obtient ainsi à la fois une vitesse et une planéité inaccessibles par voie purement chimique ou purement mécanique. Développé chez IBM dans les années 1980, il élimine des marches de quelques dizaines de nm sur toute la plaquette et est indispensable aux interconnexions multicouches et en cuivre.
CMP signifie chemical mechanical polishing (polissage mécano-chimique), aussi appelé chemical mechanical planarization (planarisation mécano-chimique). Il aplanit la surface de la plaquette à l'aide d'une suspension qui ramollit chimiquement le film, et d'un tampon et de particules abrasives qui le retirent mécaniquement.
Le dishing est le creux qui se forme au centre d'une ligne métallique large isolée ou d'un plot, parce que le métal se polit plus vite que le diélectrique qui l'entoure. L'érosion est la perte globale d'épaisseur du métal et du diélectrique dans un réseau dense de lignes fines.
Le cuivre ne forme pas de composés volatils avec les gaz halogénés utilisés en gravure plasma, et ne peut donc pas être structuré proprement par gravure sèche. On grave plutôt des tranchées dans le diélectrique, on les remplit de cuivre, puis le CMP retire le cuivre situé hors des tranchées.
Le CMP polit la plaquette en la pressant contre un tampon de polissage en rotation, tout en apportant une suspension (slurry) contenant des particules abrasives et des réactifs.
Quelle définition du CMP (polissage mécano-chimique) est co…Elle représente une part importante du coût des consommables du CMP, domaine où les entreprises japonaises sont fortes.
Quelle définition de la suspension (slurry) utilisée en CMP…Après CMP, la surface de la plaquette porte des particules abrasives de suspension (parfois plusieurs millions par plaquette), des débris de polissage, des ions métalliques comme le cuivre et des composés organiques issus des inhibiteurs de corrosion.
Que faut-il particulièrement éliminer lors du nettoyage apr…L'équipement de CMP surveille en temps réel le couple (courant) du moteur entraînant le plateau ou le spectre de réflexion de la lumière envoyée sur la plaquette par une fenêtre du plateau pour détecter la fin de polissage.
Quelle méthode est utilisée pour détecter la fin de polissa…Le fait que les reliefs, soumis à une pression locale plus élevée, s'usent plus vite explique aussi la capacité d'aplanissement du CMP.
Dans l'équation de Preston exprimant la vitesse de polissag…STI (isolation par tranchées peu profondes) Slurry (suspension de polissage) Profondeur de champ (DOF) Cérine (oxyde de cérium) RIE (gravure ionique réactive) Sélectivité Rendement (yield) Procédé double damascène Via Couche d'amorçage (seed layer)