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一文讲清楚CMP过滤工艺

更新时间:2023-04-03浏览:1051次

 

 

  CMP过滤是诸多半导体过滤工艺中比较有趣且特殊的的一环。它不同于其他过滤工艺,对固体杂质要求“宁错杀,不放过”,在CMP Slurry 过滤中,我们理想的状态是“不放过一个坏人,不冤枉一个好人”。
 
  概念简述
 
  CMP全称化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)或者叫化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。是一个化学腐蚀+物理研磨的平坦化过程,可以把表面粗糙度打磨到1纳米以下。
 
  CMP工艺在半导体生产中有着举足轻重的地位。半导体工艺,对晶圆表面的平坦度有着几近苛刻的要求,这是因为在光刻的时候,需要晶圆表面绝对的平坦,才能才能保证光刻图像清晰不失焦。

光刻机镜片粗糙度RMS小于0.05nm

 
  不仅晶圆需要CMP打磨,湿法刻蚀后要打磨紧致腐蚀的粗糙面方便涂胶沉积;浅槽割离(SEI)后要打磨,磨平多余的氧化硅,完成沟槽填充;金属沉积后要打磨,去除溢出的金属层,防止器件短路
 
  CMP过滤要点
 
    Filtration Retention
 
  Cmp浆料过滤与其他料液过滤要求不同,在CMP Slurry过滤工艺中,理想状态下,我们希望直径大于某个值的颗粒能被过滤,而小于这个值的颗粒则保留,使研磨液的平坦化效果达到最佳。
 
  在实际工序中很难达到这一理想状态,部分符合工艺要求的颗粒会被截留,造成性能损失;部分超过要求直径的颗粒会流入后端,造成表面缺陷。
 
  下图三条曲线红色表示常规过滤器对不同直径颗粒过滤比率,紫色表示理想状态下不同直径颗粒被滤除的比率,蓝色表示实际CMP过滤工艺对不同直径颗粒的过滤比。我们由图可知,在实际过滤工艺中,仍然有一部分合格的研磨颗粒被滤除,而一部分直径过大的颗粒流入过滤器下游。

 

 
    Shear Stress Effect
 
  CMP浆料过滤的一个难点在于,经过优异的过滤工艺,Slurry中的大颗粒都被滤除,但保留下来的小颗粒会在应力作用下聚结成团,变成能对晶圆表面造成损伤的大颗粒。
 
  造成这个现象的原因,除了有纳米级颗粒自身的吸附力外,过滤纤维的剪应力也会挤压小颗粒成团。因此减少应力是CMP过滤工艺的重点。
 
  下图表示不同应力下颗粒聚团的数值。

 

 
    Idle effect-Filtration
 
  在静置过程中,研磨液中固体颗粒的尺寸会变大,将会影响浆料在研磨过程中的性能。因此大部分半导体厂家会将研磨液在容器罐中不断循环过滤,以避免结团的比率。

 

 
  大立解决方案
 
  大立为半导体工艺中的CMP过滤研制PSWM系列滤芯。

 

 
  PSWM系列滤芯采用纳米级纤维膜,具有更低的流量压差,在减少应力、降低颗粒结团比率的同时,有效延长了滤芯使用寿命。

 

 
  PSWM由内到外的梯度结构,能实现对CMP的slurry精准过滤,高效拦截大颗粒,放行有效颗粒。

 

 

 

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