Verschiedene Arten des SiC-Polierens

Siliziumkarbid (SiC) ist ein inertes Material und stellt beim präzisen Polieren zahlreiche Herausforderungen dar.

Das chemisch-mechanische Polieren (CMP) ist ein gängiges Verfahren, um eine Ebenheit unter der Oberfläche und beschädigungsfreie Oberflächen auf atomarer Ebene zu erzielen; allerdings bleibt die Materialabtragsrate (MRR) aufgrund von mechanischem Verschleiß und Oxidationsreaktionen, die während des CMP-Prozesses auftreten, relativ gering.

Chemisch-mechanisches Polieren (CMP)

Das chemisch-mechanische Polieren (CMP) ist das vorherrschende Verfahren zur Planarisierung von Materialschichten bei der Herstellung integrierter Schaltkreise. Beim CMP werden nanoskalige Schleifpartikel, die in sauren oder basischen Lösungen als Teil der Schleifpasten suspendiert sind, eingesetzt, um Material mechanisch von der Waferoberfläche abzutragen und es schließlich durch mechanischen Abrieb so aufzuweichen, dass es entfernt werden kann; daher auch die Bezeichnung “mechanochemisches Polieren (MCP)”.”

CMP-Schlämme können eine Vielzahl von Bestandteilen enthalten, die sich hinsichtlich Zusammensetzung, Oberflächenchemie, Temperatur, pH-Wert, Additiven und Konzentrationen unterscheiden. Die Partikelgrößenverteilung spielt eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung von Prozesskennzahlen wie der Abtragsrate und der Wafer-Fehlerrate; die Partikelcharakterisierung mittels quantitativer konfokaler Mikroskopie-D kann Forschern einen genauen und umfassenden Einblick in diese Wechselwirkungen zwischen Partikeln, Substrat und Slurry geben.

Dieser Artikel stellt eine Methode zur Messung der Partikelgrößenverteilung in CMP-Schlämmen mittels QCM-D vor – ein wesentlicher Schritt zur Verbesserung der CMP-Schlämmeigenschaften und zur Senkung des Gesamtverbrauchs bei jedem beliebigen Prozess. Darüber hinaus erfordert ökologische Nachhaltigkeit eine Minimierung des Schleifmittelverbrauchs durch kürzere Polierzeiten bei optimalen Durchflussraten; dies ermöglicht eine deutliche Senkung des Gesamtverbrauchs, ohne die Wafer-Fehlerraten oder die MRR-Anforderungen zu beeinträchtigen.

Elektrochemisch-mechanisches Polieren (ECMP)

ECMP ist eine neue Planarisierungstechnologie für Kupfer mit geringem Unterdruck. Dieser Prozess kombiniert chemisch gesteuerte Oberflächenabtragung mit mechanischem Polieren, um eine gleichmäßige Wafer-Ebenheit ohne den Einsatz von Schleifpartikeln zu erzielen. Er bietet eine Alternative zu CMP für Low-k-Kupferverbindungen, die eine bessere Gleichmäßigkeit innerhalb des Wafers gewährleistet und gleichzeitig Probleme wie Partikelkoagulation, Slurry-Handhabung und Abfallentsorgung verringert.

Beim ECMP wird ein elektrisches Potential an das Polierpad angelegt, um chemische Reaktionen zu verstärken, wodurch die Materialabtragsrate (MRR) erhöht und Wafer effektiver planarisiert werden als beim CMP. Darüber hinaus ermöglicht dieses Verfahren geringere Polierdrücke, was wiederum zu einer Senkung der Energiekosten und einer Verringerung der mit diesem Verfahren verbundenen Umweltbelastungen führt.

Die vorliegende Erfindung betrifft Polierpads und andere Formteile, die beim elektrochemisch-mechanischen Polieren (ECMP) verwendet werden und sich durch stabile physikalische und elektrische Eigenschaften sowie eine erhöhte Haltbarkeit und Lebensdauer auszeichnen. Genauer gesagt bestehen die Polierpads aus Schichten, die aus einer elektrisch leitfähigen Verbindung gebildet sind, welche aus einer Mischung aus einer Polymerkomponente und einer Füllstoffkomponente besteht, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zu bilden.

In dieser Arbeit werden tribologische und elektrochemische Verfahren eingesetzt, um das Korrosions- und Erosionsverhalten einer abrasivfreien, leitfähigen Poliersuspension während des Ta-ECMP sowie deren anschließende Auswirkungen auf die Oberflächenmorphologie und die Verteilung der Cu-2p-Orbitalelemente zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine solche Poliersuspension zwar effektiv bei der Entfernung von Ta von Substratoberflächen ist, jedoch die Bildung von Vertiefungen und Rissen in MPE-Pads nicht vollständig verhindern kann, wie auf den SEM-Bildern zu sehen ist.

Mechanisches Polieren (MP)

Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche eines Wafers zur Planarisierung mit mechanischen Schleifmitteln und Chemikalien poliert, wodurch sehr glatte Oberflächen entstehen, die den hohen Anforderungen an die Präzisionsplanarisierung genügen – ein Verfahren, das häufig für kritische Prozesse wie die Shallow-Trench-Isolation (STI) oder Metallverbindungen eingesetzt wird.

CMP ist ein komplexer Prozess, bei dem chemische und mechanische Verfahren kombiniert werden müssen, um eine optimale Planarisierung der Wafer zu gewährleisten. Während chemische Komponenten die Materialien aufweichen, die auf chemischem Wege entfernt werden müssen, entfernen mechanische Schleifmittel diese durch physikalische Reibung. CMP wird in der Halbleiterindustrie seit langem eingesetzt, um Silizium und andere Halbleitermaterialien zu planarisieren und so eine höhere Ebenheit und Glätte der fertigen Wafer zu erzielen.

Bei SiC ist ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen chemischen und mechanischen Abtragungsprozessen erforderlich; ein zu geringer mechanischer Abtrag verhindert die rechtzeitige Entfernung einer Oxidschicht auf der Oberfläche, wodurch sich die MRR beim CMP verringert; ein zu starker mechanischer Abtrag hingegen führt zu Kratzern auf der Waferoberfläche und mindert somit die MRR.

Forscher haben verschiedene Ansätze zur Effizienzsteigerung bei der CMP entwickelt, die sich als erfolgreich erwiesen haben, darunter Fenton-ähnliche Reaktionen, Kern-Schale-Schleifpartikel, FAP und PCMP. Jede dieser Techniken zielt darauf ab, die Partikelleistung in verschiedenen CMP-Prozessen zu verbessern – und ihre Wirksamkeit wurde in Laborversuchen bestätigt.

Elektrochemisches Polieren (ECEP)

Das Elektropolieren ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem Oberflächenunregelmäßigkeiten an Metallwerkstücken entfernt werden, um ihnen ein makelloses, poliertes Aussehen zu verleihen. Das Elektropolieren wird häufig in Branchen wie der Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, um Metallkomponenten zu veredeln, ihre Glätte zu verbessern und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.

Bei Polierverfahren wird eine Elektrolytlösung als Elektrolyt verwendet, wodurch Metallionen in positive und negative Ladungen aufgespalten werden, die sich auf die Elektroden zubewegen. Das Werkstück wird als Anode an den Pluspol der Stromquelle angeschlossen, während die Gegenelektrode als Kathode an den Minuspol angeschlossen wird. Wenn elektrischer Strom durch das Werkstück fließt, zerfällt die Elektrolytlösung in ihre Ionenbestandteile und erzeugt so einen aktiven Bereich auf dem Werkstück, der chemische Reaktionen zwischen Anode und Kathode anregt, um unerwünschte Oberflächenmaterialien von den Bauteiloberflächen zu entfernen.

Elektrolytische Passivierungsschichten erzeugen eine elektrolytische Passivierungsschicht mit hervorragendem Korrosionsschutz und verleihen den Oberflächen ein glänzendes, spiegelartiges Aussehen, was sie ideal für medizinische Geräte oder Bauteile macht, die strengen Qualitätsstandards unterliegen.

Die ECEP-Elektrolyte variieren je nach Art des zu polierenden Metalls und der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit. In den meisten Fällen muss eine Säuremischung aus Phosphor- und Schwefelsäure unter Einhaltung der Sicherheitsvorschriften und mit großer Sorgfalt gehandhabt werden, um Atemwegsbeschwerden zu vermeiden; alternativ entscheiden sich manche Unternehmen für sicherere Elektrolytlösungen wie Ethylenglykol oder Cholinchlorid.