Olika typer av polering av SiC

Kiselkarbid SiC är ett inert material och innebär många utmaningar när det gäller att polera det exakt.

Kemisk mekanisk polering (CMP) är ett populärt sätt att uppnå planhet under ytan och skadefria ytor på atomär skala, men materialavverkningshastigheten (MRR) förblir relativt låg på grund av mekaniska slitage- och oxidationsreaktioner som uppstår under CMP-bearbetningen.

Kemisk mekanisk polering (CMP)

Kemisk mekanisk polering (CMP) är den dominerande strategin för planarisering av materialskikt vid tillverkning av integrerade kretsar. CMP använder slipande partiklar i nanostorlek som suspenderas i antingen sura eller basiska lösningar som en del av slurryn för att mekaniskt avlägsna material från waferytor och slutligen mjuka upp materialet så att det kan avlägsnas genom mekanisk nötning; därav dess andra namn "mekanokemisk polering (MCP)".

CMP-slurry kan innehålla en mängd olika ingredienser som varierar i sammansättning, ytkemi, temperatur, pH-nivåer, tillsatser och koncentrationsnivåer. Partikelstorleksfördelningen spelar en viktig roll när det gäller att fastställa processmått som borttagningshastighet och wafer-defektfrekvens; partikelkarakterisering via kvantitativ konfokal mikroskopi-D kan ge forskarna en exakt och heltäckande bild av interaktionen mellan partiklar, substrat och slurry.

I denna artikel presenteras en metod för att mäta partikelstorleksfördelningen i CMP-slurry med hjälp av QCM-D, ett viktigt steg mot att förbättra CMP-slurryns prestanda och minska den totala förbrukningen för en viss process. Dessutom kräver miljömässig hållbarhet minimering av slipmedelsförbrukningen genom kortare poleringstider vid optimala flödeshastigheter; detta möjliggör en betydande minskning av den totala förbrukningen utan att påverka wafer-defektfrekvensen eller MRR-kraven.

Elektrokemisk mekanisk polering (ECMP)

ECMP är en ny teknik för planarisering av koppar vid lågt nedåttryck. Processen kombinerar kemiskt kontrollerad ytnedbrytning och mekanisk polering för enhetlig wafernivå utan användning av slipande partiklar, vilket ger ett alternativ till CMP för kopparsammankopplingar med låg k-halt som ger bättre enhetlighet inom wafern samtidigt som problemen med partikelkoagulering, slurryhantering och avfallshantering minskar.

ECMP använder en elektrisk potential som appliceras på polerplattan för att öka de kemiska reaktionerna, vilket ökar materialborttagningshastigheten (MRR) och planar wafern mer effektivt än CMP. Dessutom möjliggörs lägre poleringstryck, vilket i sin tur minskar energikostnaderna och de miljöproblem som är förknippade med denna bearbetningsmetod.

Denna uppfinning ger polerplattor och andra formade artiklar som används vid elektrokemisk mekanisk polering (ECMP) med stabila fysiska och elektriska egenskaper samt ökad hållbarhet och livslängd. Mer specifikt består polerrondellerna av skikt som består av en elektriskt ledande förening som består av en blandning av en polymerkomponent och en fyllmedelskomponent för att bilda en elektriskt ledande förening.

I detta dokument används tribologi- och elektrokemitekniker för att undersöka korrosions-/erosionsbeteendet hos en slipmedelsfri ledande polerslurry under Ta ECMP, och dess efterföljande inverkan på ytmorfologi och fördelning av Cu 2p orbitalelement. Resultaten visar att även om en sådan slurry är effektiv när det gäller att avlägsna Ta från substratytor, kan den inte helt förhindra att gropar och sprickor bildas i MPE-pads, vilket framgår av SEM-bilder.

Mekanisk polering (MP)

Genom att använda denna process poleras ytan på en wafer med hjälp av mekaniska slipmedel och kemikalier för planarisering, vilket ger mycket släta ytor som uppfyller höga krav på precisionsplanarisering - ofta för kritiska processer som STI (shallow trench isolation) eller metallinterconnects.

CMP är en komplicerad process som kräver både kemiska och mekaniska metoder i kombination för att säkerställa optimal planarisering av wafers. Medan kemiska komponenter mjukar upp material som måste avlägsnas med kemiska medel, avlägsnar mekaniska slipmedel materialet genom fysisk friktion. CMP har länge använts inom halvledarindustrin för att planarisera kisel och andra halvledarmaterial, vilket möjliggör högre nivåer av planhet och jämnhet för färdiga wafers.

SiC kräver noggrann balans mellan kemiska och mekaniska borttagningsprocesser; för svag mekanisk borttagning förhindrar snabb borttagning av ett oxiderat skikt på ytan, vilket minskar MRR för CMP; medan överdriven mekanisk borttagning leder till att repor uppstår på waferytorna och därmed minskar MRR.

Forskare har skapat olika effektivitetshöjande metoder för CMP som har visat sig framgångsrika, till exempel Fenton-liknande reaktioner, kärn/skal-slipande partiklar, FAP och PCMP. Var och en av dessa tekniker syftar till att förbättra partikelprestanda i olika CMP-processer - och deras effektivitet har bekräftats i laboratorieförsök.

Elektrokemisk elektrokemisk polering (ECEP)

Elektropolering är en elektrokemisk process som avlägsnar ojämnheter i ytan på metalldetaljer för att ge dem ett felfritt, polerat utseende. Elektropolering används ofta inom branscher som medicinteknik och flyg- och rymdindustrin för att ytbehandla metallkomponenter och förbättra ytans jämnhet samtidigt som korrosionsbeständigheten ökar.

Vid polering används en elektrolytisk lösning som elektrolyt, där metalljonerna bryts ned till positiva och negativa laddningar som rör sig mot elektroderna. Arbetsstycket ansluts till strömförsörjningens positiva terminal som dess anod, medan dess motelektrod ansluts till dess negativa terminal som dess katod. När den elektriska strömmen passerar genom elektroden delas den elektrolytiska lösningen upp i sina beståndsdelar, vilket skapar ett aktivt område på arbetsstycket som stimulerar kemiska reaktioner mellan anod och katod för att avlägsna oönskade ytmaterial från komponenternas ytor.

Elektrolytiska passiveringsfilmer producerar en elektrolytisk passiveringsfilm med överlägset korrosionsskydd och ger ett glansigt spegelvänt utseende, perfekt för medicintekniska produkter eller delar som omfattas av strikta kvalitetsstandarder.

ECEP-elektrolyterna varierar beroende på vilken typ av metall som ska poleras och vilken ytfinish som önskas. Vanligtvis måste en syrablandning som innehåller fosfor- och svavelsyror hanteras försiktigt för att undvika andningsproblem samtidigt som säkerhetsföreskrifterna följs; alternativt väljer vissa företag säkrare elektrolytlösningar som etylenglykol eller kolinklorid.