Кіріспе

Жартылай өткізгіштерді жасау кезінде қолданылатын жылтырату техникасы. Химиялық-механикалық жылтырату (ХМЖ) (кейде химиялық-механикалық тегістеу деп те аталады) – химиялық және механикалық күштердің біріктірілуі арқылы беттерді тегістеу процесі. Бұл химиялық жою мен еркін абразивті жылтыратудың аралас нұсқасы деп қарастыруға болады. Ол жартылай өткізгіш өнеркәсібінде интегралдық схемаларды өндіру процесінің бір бөлігі ретінде жартылай өткізгіш пластиналарды жылтырату үшін қолданылады.

Сипаттама

Бұл процесте абразивті және коррозиялық химиялық суспензия (көбінесе коллоид) жылтырату төсегімен және ұнтақтағыш сақинамен бірге қолданылады, оның диаметрі әдетте пластинкадан үлкен болады. Төсек және пластинка динамикалық жылтырату басымен біріктіріледі және пластикалық ұстау сақинасымен бекітіледі. Динамикалық жылтырату басы әртүрлі айналу осьтерімен айналады (яғни, концентрлі емес). Бұл материалды алып тастайды және кез келген тегіс емес топографияны тегістеп, пластинканы тегіс немесе жазық етеді. Бұл қосымша тізбек элементтерін құру үшін пластинканы дайындау үшін қажет болуы мүмкін. Мысалы, CMP бүкіл бетті фотолитография жүйесінің тереңдік шегіне келтіре алады немесе оның орнына қарай материалды таңдап алып тастай алады. Ең соңғы 22 нм технологиясы үшін тереңдік талаптары Аңстром деңгейіне дейін төмендейді.

Физикалық әрекет

Типик CMP құралдары, оң жақтағылар сияқты, жапсырмамен жабылған өте жалпақ тақтаны айналдырудан тұрады. Полировкаланатын пластина артқы жағымен жоғары қаратып, тасымалдағыш/шпинделдегі тіреуші пленкаға орнатылады. Тұрақтау сақинасы (1-сурет) пластинаны дұрыс көлденең күйде ұстайды. Пластинаны құралға тиеу және түсіру кезінде, пластинаға бөгде бөлшектердің жиналуын болдырмау үшін тасымалдағыш вакуум арқылы ұстайды. Сорпаны енгізу механизмі (1-суретте көрсетілген сорпа беру бөлігі) жапсырмаға сорпаны жағайды. Содан кейін тақта мен тасымалдағыш айналады және тасымалдағыш тербеліс жасайды; бұл 2-суреттің жоғарғы көрінісінде жақсырақ көрінеді. Тасымалдағышқа төменге қарай қысым/күш қолданылады, оны жапсырмаға қарсы итеріп; әдетте төменге қарайғы күш – орташа күш, бірақ материалды алып тастау үшін жергілікті қысым қажет. Төменге қарайғы күш байланыс ауданына байланысты, ал байланыс ауданы пластина мен жапсырманың құрылысына байланысты. Әдетте жапсырмалардың беткейінің тегіссіздігі 50 мкм шамасында болады; байланыс өрбулер арқылы жасалады (әдетте, бұл пластинаның ең биік нүктелері), нәтижесінде байланыс ауданы пластина ауданының тек бір бөлігін құрайды. CMP процесінде пластинаның механикалық қасиеттері де ескерілуі керек. Егер пластинаның пішіні сәл иілген болса, шеттеріндегі қысым ортасына қарағанда жоғары болады, бұл біркелкі емес полировкаға әкеледі. Пластинаның иілуін өтеу үшін пластинаның артқы жағына қысым қолдануға болады, бұл орта мен шеттер арасындағы айырмашылықты теңестіреді. CMP құралында қолданылатын жапсырмалар пластина бетін біркелкі полировкалау үшін жеткілікті қатты болуы керек. Дегенмен, осы қатты жапсырмалар пластинамен үнемі сәйкес болуы тиіс. Сондықтан, нақты жапсырмалар көбінесе жұмсақ және қатты материалдардан жасалған үйінділер болып табылады, олар пластинаның беткейіне белгілі бір дәрежеде бейімделеді. Әдетте, бұл жапсырмалар 30-50 мкм тесік өлшемі бар кеуекті полимерлік материалдардан жасалады және олар процесте тозатынын ескере отырып, оларды үнемі жаңарту қажет. Көп жағдайларда жапсырмалар өте құпия болып саналады және олардың химиялық немесе басқа да қасиеттері емес, олардың тауарлық атауларымен белгілі.

Химиялық әсер

Химиялық механикалық жылтырату немесе жазықтыққа келтіру – химиялық және механикалық күштердің біріктірілуі арқылы беттерді тегістеу процесі. Оны химиялық тозу және еркін абразивті жылтыратудың аралас түрі деп қарастыруға болады.

Жартылай өткізгіштерді өндіруде қолдану

1990 жылға дейін CMP жоғары дәлдікті өндіріс процестерінде пайдалануға тым "ластанған" деп есептелді, себебі абразия бөлшектер тудыруға бейім, ал абразивтердің өзі таза емес болатын. Одан бері интегралды схемалар өндірісі алюминийден мыс өткізгіштерге көшті. Бұл жаңа қосымша бейнелеу процесін жасауды қажет етті, ол материалды жазық және біркелкі түрде алып тастауға, сондай-ақ мыс пен оксидті оқшаулағыш қабаттар арасындағы шекарасында дәл тоқтауға мүмкіндік беретін CMP-нің ерекше қабілеттеріне негізделген (толық мәліметтер үшін "Мыс өзара байланыстары" бөлімін қараңыз). Осы процесті қабылдау CMP өңдеуін көптеген салаларда қолдануға мүмкіндік берді. Алюминий мен мыстан басқа, CMP процестері вольфрамды, кремний диоксидін және (соңғы кезде) көміртек нанотұрақтарын жылтырату үшін де әзірленді.

Шектеулер

Қазіргі уақытта CMP-нің бірнеше шектеулері бар, олар жылтырату процесінде пайда болады, жаңа технологияны оңтайландыруды талап етеді. Атап айтқанда, пластиналардың өлшеміне қатысты метрологияны жақсарту қажет. Сонымен қатар, CMP процесінде стресс жарылуы, әлсіз байланыстарда қабаттасу және шламның химиялық құрауындағы коррозиялық әсерлер сияқты бірнеше әлеуетті ақаулар анықталды. Қазіргі индустрияда ең көне және ең көп қолданылатын оксидті жылтырату процесінің бір мәселесі бар: соңғы нүктенің болмауы салдарынан материалдың қажетті мөлшері немесе жоспарланудың қажетті деңгейіне жеткен кезде тоқтату қиын. Егер оксид қабаты жеткілікті жұмсалмаса және/немесе осы процесте қажетті жоспарлану деңгейіне қол жеткізілмесе, пластинаны қайта жылтыратуға болады (теориялық тұрғыдан), бірақ өндірісте бұл тиімсіз және мүмкіндігінше одан аулақ болу керек. Егер оксид қалыңдығы тым жұқа немесе біркелкі болмаса, пластинаны қайта өңдеу қажет, бұл одан да тиімсіз процесс және сәтсіздікке ұшырау мүмкіндігі жоғары. Әрине, бұл әдіс уақытты және қаржыны көп талап етеді, себебі техникалық қызметкерлер бұл процесті орындағанда үнемі назарда болуы керек.

Қолдану

Төменгі ойыс оқшаулау (STI) – жартылай өткізгіш құрылғыларды жасауға қолданылатын процесс, құрылғылар мен белсенді аймақтар арасындағы оқшаулауды арттыруға арналған техника. Сонымен қатар, STI фотолитографиялық қолданыстарда маңызды болып табылатын жоғары жазықтық деңгейіне ие, ең кішкентай сызық енін азайту арқылы фокус тереңдігін арттырады. Төменгі ойыстарды жазықтыққа келтіру үшін, резистті кері қазбалау (REB) және химиялық-механикалық полировкалау (CMP) комбинациясы сияқты әдеттегі әдіс қолданылуы керек. Бұл процесс келесі реттілікте жүзеге асырылады. Біріншіден, оқшаулау ойысының үлгісі кремний пластинасына көшіріледі. Оксид пластинаға ойыс түрінде жабылады. Бұл құрбандық оксидінің үстіне кремний нитридінен жасалған фотомасканың үлгісі салынады. Жазық бет жасау үшін пластинаға екінші қабат қосылады. Содан кейін кремний термиялық тотығуға ұшырайды, сондықтан оксид Si3N4 жоқ аймақтарда өседі және өсу қалыңдығы 0,5-тен 1,0 мкм-ға дейін жетеді. Су немесе оттегі сияқты тотықтырғыш заттар маска арқылы диффузиялай алмайтындықтан, нитрид тотығудың алдын алады. Келесіде, пластинаны қазбалау процесі қолданылады, бұл белсенді аймақтарда аз мөлшерде оксид қалдыруға мүмкіндік береді. Соңында, CMP белсенді аймақтағы SiO2 артық мөлшерін полировкалау үшін қолданылады.