Hispanopedia WikiEl pulido químico-mecánico ( CMP ) (también llamado planarización químico-mecánica ) es un proceso de alisado de superficies mediante la combinación de fuerzas químicas y mecánicas. Puede considerarse un híbrido entre el grabado químico y el pulido abrasivo libre . [ 1 ] Se utiliza en la industria de semiconductores para pulir obleas semiconductoras como parte del proceso de fabricación de circuitos integrados. [ 2 ]
Descripción
Normalmente, el CMP utiliza dióxido de cerio como abrasivo. [ 3 ]
El proceso utiliza una suspensión química abrasiva y corrosiva (generalmente un coloide ) junto con una almohadilla de pulido y un anillo de retención , normalmente de mayor diámetro que la oblea. La almohadilla y la oblea se presionan entre sí mediante un cabezal de pulido dinámico y se mantienen en su lugar mediante un anillo de retención de plástico. El cabezal de pulido dinámico gira con diferentes ejes de rotación (es decir, no concéntricos ). Esto elimina material y tiende a nivelar cualquier topografía irregular , dejando la oblea plana. Esto puede ser necesario para preparar la oblea para la formación de elementos de circuito adicionales. Por ejemplo, el CMP puede llevar toda la superficie dentro de la profundidad de campo de un sistema de fotolitografía , o eliminar material selectivamente según su posición. Los requisitos típicos de profundidad de campo alcanzan niveles de Angstrom para la tecnología más reciente de 22 nm.
Principios de funcionamiento
Acción física
Las herramientas CMP típicas, como las que se ven a la derecha, consisten en una placa extremadamente plana que gira y está cubierta por una almohadilla. La oblea que se está puliendo se monta boca abajo en un soporte/husillo sobre una película de respaldo. El anillo de retención (Figura 1) mantiene la oblea en la posición horizontal correcta. Durante el proceso de carga y descarga de la oblea en la herramienta, el soporte la sujeta mediante vacío para evitar la acumulación de partículas no deseadas en su superficie. Un mecanismo de introducción de lodo deposita el lodo en la almohadilla, representado por el suministro de lodo en la Figura 1. A continuación, tanto la placa como el soporte giran y el soporte se mantiene oscilando; esto se aprecia mejor en la vista superior de la Figura 2. Se aplica una presión descendente sobre el soporte, empujándolo contra la almohadilla; normalmente, la fuerza descendente es una fuerza promedio, pero se requiere presión localizada para los mecanismos de remoción. La fuerza descendente depende del área de contacto, que a su vez depende de las estructuras tanto de la oblea como de la almohadilla. Normalmente, las almohadillas tienen una rugosidad de 50 μm; el contacto se realiza mediante asperezas (que suelen ser los puntos más altos de la oblea) y, como resultado, el área de contacto es solo una fracción del área de la oblea. En el CMP, también deben considerarse las propiedades mecánicas de la propia oblea. Si la oblea tiene una estructura ligeramente curvada, la presión será mayor en los bordes que en el centro, lo que provoca un pulido no uniforme. Para compensar la curvatura de la oblea, se puede aplicar presión en la parte posterior, lo que, a su vez, igualará las diferencias entre el centro y los bordes. Las almohadillas utilizadas en la herramienta de CMP deben ser rígidas para pulir uniformemente la superficie de la oblea. Sin embargo, estas almohadillas rígidas deben mantenerse alineadas con la oblea en todo momento. Por lo tanto, las almohadillas reales suelen ser simplemente pilas de materiales blandos y duros que se adaptan a la topografía de la oblea hasta cierto punto. Generalmente, estas almohadillas están hechas de materiales poliméricos porosos con un tamaño de poro de entre 30 y 50 μm, y dado que se consumen durante el proceso, deben reacondicionarse periódicamente. En la mayoría de los casos, las almohadillas son de propiedad exclusiva y se las suele identificar por su nombre comercial en lugar de por sus propiedades químicas u otras características.
acción química
El pulido químico-mecánico o planarización es un proceso para alisar superficies mediante la combinación de fuerzas químicas y mecánicas. Puede considerarse un híbrido entre el grabado químico y el pulido abrasivo libre .
Uso en la fabricación de semiconductores
Antes de 1990, el CMP se consideraba demasiado "sucio" para incluirse en procesos de fabricación de alta precisión, ya que la abrasión tiende a crear partículas y los abrasivos en sí mismos contienen impurezas. Desde entonces, la industria de los circuitos integrados ha pasado de los conductores de aluminio a los de cobre . Esto requirió el desarrollo de un proceso de modelado aditivo , que se basa en las capacidades únicas del CMP para eliminar material de forma planar y uniforme y detenerse de manera repetible en la interfaz entre el cobre y las capas aislantes de óxido (véase Interconexiones de cobre para más detalles). La adopción de este proceso ha hecho que el procesamiento CMP sea mucho más generalizado. Además del aluminio y el cobre, se han desarrollado procesos CMP para pulir tungsteno y dióxido de silicio .
Limitaciones
Actualmente existen varias limitaciones del CMP que aparecen durante el proceso de pulido que requieren la optimización de una nueva tecnología. En particular, se requiere una mejora en la metrología de la oblea [ 4 ] . Además, se descubrió que el proceso CMP tiene varios defectos potenciales, incluyendo agrietamiento por tensión , delaminación en interfaces débiles y ataques corrosivos de los productos químicos de la suspensión . El proceso de pulido de óxido, que es el más antiguo y más utilizado en la industria actual, tiene un problema: la falta de puntos finales requiere pulido a ciegas, lo que hace que sea difícil determinar cuándo se ha eliminado la cantidad deseada de material o se ha obtenido el grado de planarización deseado. Si la capa de óxido no se ha adelgazado lo suficiente y/o no se ha logrado el grado de planaridad deseado durante este proceso, entonces (teóricamente) la oblea se puede volver a pulir, pero en un sentido práctico esto es poco atractivo en la producción y debe evitarse en todo lo posible. Si el espesor del óxido es demasiado delgado o no es uniforme, la oblea debe ser reprocesada, un proceso aún menos atractivo y con alta probabilidad de fallar. Obviamente, este método requiere mucho tiempo y es costoso, ya que los técnicos deben prestar mayor atención durante su realización.
Solicitud
El aislamiento de zanjas poco profundas (STI), un proceso utilizado para fabricar dispositivos semiconductores, es una técnica que mejora el aislamiento entre los dispositivos y las áreas activas. Además, el STI presenta un mayor grado de planaridad, lo que lo hace esencial en aplicaciones fotolitográficas , ya que reduce el margen de profundidad de enfoque al disminuir el ancho mínimo de línea. Para planarizar las zanjas poco profundas, se debe utilizar un método común, como la combinación de grabado posterior de la resina (REB) y pulido químico-mecánico (CMP). Este proceso sigue la siguiente secuencia: Primero, el patrón de zanja de aislamiento se transfiere a la oblea de silicio. Se deposita óxido sobre la oblea en forma de zanjas. Se crea una fotomáscara, compuesta de nitruro de silicio , sobre este óxido de sacrificio. Se añade una segunda capa a la oblea para crear una superficie plana. Posteriormente, el silicio se oxida térmicamente, de modo que el óxido crece en regiones donde no hay Si₃N₄ y el crecimiento tiene un espesor de entre 0,5 y 1,0 μm. Dado que las especies oxidantes como el agua o el oxígeno no pueden difundirse a través de la máscara, el nitruro previene la oxidación. A continuación, se utiliza el proceso de grabado para grabar la oblea y dejar una pequeña cantidad de óxido en las áreas activas. Finalmente, se utiliza el pulido químico-mecánico (CMP) para pulir la capa de SiO₂ con óxido en el área activa.
Fabricantes de equipos originales y proveedores de consumibles
Entre los principales fabricantes y proveedores en el campo del CMP se incluyen proveedores de equipos como Applied Materials y Ebara Corporation . Los proveedores de almohadillas y lodos de pulido consumibles incluyen a Entegris , Qnity Electronics , Merck , Fujifilm , Hitachi , 3M y Resonac .
Véase también
Referencias
- ↑ Mahadevaiyer Krishnan, Jakub W. Nalaskowsk y Lee M. Cook, «Planarización químico-mecánica: química de la suspensión, materiales y mecanismos», Chem. Rev., 2010, vol. 110, págs. 178-204. doi : 10.1021/cr900170z
- ↑ Oliver, Michael R., ed. (2004). "Planarización químico-mecánica de materiales semiconductores" . Springer Series in Materials Science . 69. doi : 10.1007/978-3-662-06234-0 . ISBN 978-3-642-07738-8ISSN 0933-033X
- ↑ Reinhardt, Klaus; Winkler, Herwig (2000). "Cerio Mischmetal, aleaciones de cerio y compuestos de cerio". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a06_139 . ISBN 978-3-527-30673-2..
- ↑ https://sst.semiconductor-digest.com/1996/07/a-dirty-job-the-challenge-of-cmp/
Libros
- Procesamiento de silicio para la era VLSI — Vol. IV Tecnología de procesos de submicrones profundos — S Wolf, 2002, ISBN 978-0-9616721-7-1Capítulo 8 "Pulido químico-mecánico" págs. 313–432
Enlaces externos
- "CMP, planarización químico-mecánica, equipos de pulido", de Crystec Technology Trading GmbH, obtenido de: http://www.crystec.com/alpovere.htm
- "Planarización Química Mecánica", por el Dr. Wang Zengfeng, el Dr. Yin Ling, Ng Sum Huan y Teo Phaik Luan obtenido de: http://maltiel-consulting.com/CMP-Chemical-mechanical_planarization_maltiel_semiconductor.pdf
- Fabricación de dispositivos semiconductores