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一文講清楚CMP過濾工藝

更新時間:2023-04-03瀏覽:1487次

 

 

  CMP過濾是諸多半導體過濾工藝中比較有趣且特殊的的一環(huán)。它不同于其他過濾工藝,對固體雜質要求“寧錯殺,不放過”,在CMP Slurry 過濾中,我們理想的狀態(tài)是“不放過一個壞人,不冤枉一個好人”。
 
  概念簡述
 
  CMP全稱化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)或者叫化學機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。是一個化學腐蝕+物理研磨的平坦化過程,可以把表面粗糙度打磨到1納米以下。
 
  CMP工藝在半導體生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位。半導體工藝,對晶圓表面的平坦度有著幾近苛刻的要求,這是因為在光刻的時候,需要晶圓表面絕對的平坦,才能才能保證光刻圖像清晰不失焦。

光刻機鏡片粗糙度RMS小于0.05nm

 
  不僅晶圓需要CMP打磨,濕法刻蝕后要打磨緊致腐蝕的粗糙面方便涂膠沉積;淺槽割離(SEI)后要打磨,磨平多余的氧化硅,完成溝槽填充;金屬沉積后要打磨,去除溢出的金屬層,防止器件短路
 
  CMP過濾要點
 
    Filtration Retention
 
  Cmp漿料過濾與其他料液過濾要求不同,在CMP Slurry過濾工藝中,理想狀態(tài)下,我們希望直徑大于某個值的顆粒能被過濾,而小于這個值的顆粒則保留,使研磨液的平坦化效果達到最佳。
 
  在實際工序中很難達到這一理想狀態(tài),部分符合工藝要求的顆粒會被截留,造成性能損失;部分超過要求直徑的顆粒會流入后端,造成表面缺陷。
 
  下圖三條曲線紅色表示常規(guī)過濾器對不同直徑顆粒過濾比率,紫色表示理想狀態(tài)下不同直徑顆粒被濾除的比率,藍色表示實際CMP過濾工藝對不同直徑顆粒的過濾比。我們由圖可知,在實際過濾工藝中,仍然有一部分合格的研磨顆粒被濾除,而一部分直徑過大的顆粒流入過濾器下游。

 

 
    Shear Stress Effect
 
  CMP漿料過濾的一個難點在于,經(jīng)過優(yōu)異的過濾工藝,Slurry中的大顆粒都被濾除,但保留下來的小顆粒會在應力作用下聚結成團,變成能對晶圓表面造成損傷的大顆粒。
 
  造成這個現(xiàn)象的原因,除了有納米級顆粒自身的吸附力外,過濾纖維的剪應力也會擠壓小顆粒成團。因此減少應力是CMP過濾工藝的重點。
 
  下圖表示不同應力下顆粒聚團的數(shù)值。

 

 
    Idle effect-Filtration
 
  在靜置過程中,研磨液中固體顆粒的尺寸會變大,將會影響漿料在研磨過程中的性能。因此大部分半導體廠家會將研磨液在容器罐中不斷循環(huán)過濾,以避免結團的比率。

 

 
  大立解決方案
 
  大立為半導體工藝中的CMP過濾研制PSWM系列濾芯。

 

 
  PSWM系列濾芯采用納米級纖維膜,具有更低的流量壓差,在減少應力、降低顆粒結團比率的同時,有效延長了濾芯使用壽命。

 

 
  PSWM由內(nèi)到外的梯度結構,能實現(xiàn)對CMP的slurry精準過濾,高效攔截大顆粒,放行有效顆粒。

 

 

 

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