Chemisch-mechanisch polijsten. Het wafeloppervlak wordt vlak gemaakt door de chemische werking van de slurry te combineren met mechanisch polijsten met een pad.
Japanse benaming: CMP
“CMP” komt voor in 53 oefenvragen uit 14 onderwerpen, bijv. CMP en reiniging, Interconnectprocessen, Siliciumwafers.
Vakgebied: CMP en reiniging
Bij chemisch-mechanisch polijsten (CMP) houdt een kop de wafer met de voorkant naar beneden tegen een poreuze polyurethaanpad op een roterende platen van ongeveer 70 tot 80 cm doorsnede, terwijl er slurry tussen beide stroomt. De chemie van de slurry zet het oppervlak van de laag om in een zachtere laag, zoals een geoxideerd metaal of gehydrateerd oxide, en abrasieve deeltjes van tientallen tot meer dan honderd nanometer groot vegen die samen met de pad weg. De verwijdering volgt de vergelijking van Preston: snelheid = k × druk × relatieve snelheid. Verhoogde structuren dragen meer lokale druk en polijsten sneller, en daardoor wordt het oppervlak vlak.
Geavanceerde logica gebruikt tientallen CMP-stappen. Het oxide voor shallow trench isolation (STI) wordt met ceriaslurry gepolijst tot op een stoplaag van siliciumnitride, met een oxide-nitrideselectiviteit van tientallen tot meer dan 100. Wolfraamplugs vereisen een oxidator zoals waterstofperoxide om het metaal zachter te maken. Koperbedrading kan niet droog worden geëtst, omdat koperhalogeniden niet vluchtig zijn, en wordt daarom met damascene gemaakt: koper vult sleuven en CMP verwijdert het overschot in fasen, eerst het bulkkoper en daarna de Ta/TaN-barrière. Globale vlakheid houdt bovendien elk niveau binnen een lithografische scherptediepte van ongeveer 100 nm.
CMP-resultaten hangen af van de layout. Dishing is de schotelvormige verdieping die ontstaat in brede metaallijnen en pads, waar het zachte metaal in het midden onder het omringende diëlektricum wordt weggepolijst; die wordt dieper met de breedte en verhoogt de lijnweerstand. Erosie is het dunner worden van zowel metaal als diëlektricum over dichte arrays van smalle lijnen. Omdat dichte gebieden langzamer polijsten dan ijle, begrenzen ontwerpers de lijnbreedte, voorzien ze brede lijnen van sleuven en voegen ze elektrisch inactieve dummy fill toe, zodat de patroondichtheid, en daarmee de dikte na CMP, uniform blijft.
Eindpuntdetectie volgt het koppel van de platenmotor of de optische reflectie door een venster in de platen, die veranderen zodra de onderliggende laag tevoorschijn komt; wervelstroomsensoren volgen de metaaldikte. Een diamantconditioner bewerkt de pad continu om glazing te voorkomen, en kopen met meerdere zones, met ongeveer 5 tot 10 drukzones plus een retaining ring, stemmen de verwijdering van midden tot rand af. Krassen komen vooral van samengeklonterde slurrydeeltjes, daarom wordt de slurry gefilterd. Daarna gaan de wafers, nog nat, naar borstelreiniging en chemische reiniging, zodat opgedroogde deeltjes zich niet aan het oppervlak kunnen hechten.
Antwoord: B. Colloïdaal silica (fijne silicadeeltjes)
Bij het finish-polijsten van wafers wordt colloïdaal silica gebruikt, waarbij silicadeeltjes van circa enkele tientallen nm in een alkalische vloeistof zijn gedispergeerd. Door de combinatie van chemische en mechanische werking, waarbij het alkali het siliciumoppervlak chemisch tot een zachte laag omzet die de deeltjes mechanisch wegschuren, wordt een beschadigingsvrij spiegeloppervlak met een ruwheid van circa 0,1 nm verkregen. Omdat de deeltjes zacht zijn, maken ze geen diepe krassen in het silicium en wordt metaalverontreiniging vermeden.
Antwoord: A. Het oppervlak wordt vlak gemaakt door de chemische werking van slurry te combineren met mechanisch polijsten door de pad
Bij CMP wordt de wafer tegen een draaiende polijstpad gedrukt terwijl slurry met schuurdeeltjes en chemicaliën wordt toegevoerd. Door chemische reactie wordt het oppervlak omgezet in een zachte laag, die mechanisch door deeltjes en pad wordt verwijderd; zo worden een snelheid en vlakheid bereikt die met uitsluitend chemie of mechanica niet haalbaar zijn. De techniek werd in de jaren tachtig bij IBM ontwikkeld, kan hoogteverschillen van enkele tientallen nm over de hele wafer wegwerken en is onmisbaar voor multilaag-metallisatie en koperbedrading.
CMP staat voor chemical mechanical polishing (chemisch-mechanisch polijsten), ook chemical mechanical planarization genoemd. Het maakt het waferoppervlak vlak met een slurry die de laag chemisch zachter maakt en een pad en abrasieve deeltjes die haar mechanisch verwijderen.
Dishing is de verdieping die in het midden van één brede metaallijn of pad ontstaat doordat het metaal sneller polijst dan het diëlektricum eromheen. Erosie is het totale verlies aan dikte van zowel metaal als diëlektricum over een dichte array van fijne lijnen.
Koper vormt geen vluchtige verbindingen met de halogeengassen die bij plasma-etsen worden gebruikt, zodat het niet zuiver met droogetsen te patroneren is. In plaats daarvan worden sleuven in het diëlektricum geëtst, met koper gevuld, en verwijdert CMP het koper buiten de sleuven.
Bij CMP wordt de wafer tegen een draaiende polijstpad gedrukt terwijl slurry met schuurdeeltjes en chemicaliën wordt toegevoerd.
Welke uitspraak over CMP (chemisch-mechanisch polijsten) is…Het is een groot deel van de kosten van de verbruiksmaterialen voor CMP, en een gebied waarin Japanse bedrijven sterk zijn.
Welke uitspraak over de slurry die bij CMP wordt gebruikt i…Op het waferoppervlak blijven na CMP schuurdeeltjes van de slurry achter (soms meer dan enkele miljoenen per wafer), polijstresten, metaalionen zoals koper en organische stoffen van corrosie-inhibitors.
Wat moet bij reiniging na CMP vooral worden verwijderd?CMP-apparaten bewaken het koppel (de stroom) van de motor die de polijsttafel aandrijft en het reflectiespectrum van licht dat door een venster in de tafel op de wafer valt, en detecteren zo in real time het eindpunt.
Welke methode wordt gebruikt om het eindpunt van het polijs…Dat verhogingen een hogere lokale druk hebben en sneller worden weggenomen, is ook de reden dat CMP kan planariseren.
Welke grootheid is volgens de vergelijking van Preston, die…Slurry Numerieke apertuur (NA) STI (shallow trench isolation) Via Ceria (ceriumoxide) Scherptediepte (DOF) Vergelijking van Preston Contact Opbrengst (yield) Damascene-proces