Wafer-Schlüssel-Herstellungsprozess

Poliervorgang
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Herstellungstechnologie für integrierte Schaltkreise (IC) wird die Chipgröße immer kleiner, die Anzahl der Verbindungsschichten nimmt zu und auch der Waferdurchmesser nimmt zu. Um eine mehrschichtige Verdrahtung zu erreichen, muss die Waferoberfläche eine extrem hohe Ebenheit, Glätte und Sauberkeit aufweisen. Chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist derzeit die effektivste Technologie zum Glätten von Wafern. Sie wird zusammen mit Lithographie, Ätzen, Ionenimplantation und PVD/CVD als die fünf wichtigsten Schlüsseltechnologien der IC-Herstellung bezeichnet.
CMP equipment is mainly composed of polishing head, polishing disc, dresser, polishing liquid delivery system and other parts. The polishing head and its pressure control system are the most critical and complex components, and are the basis and core of CMP technology to achieve nano-level flattening. At present, the most advanced 300mm wafer polishing head abroad is loaded by air pressure, with functions such as zone pressure, vacuum adsorption, floating holding ring and self-adaptation, which is very complex. With the continuous reduction of feature size and the continuous increase of wafer diameter, the requirements for CMP surface quality are getting higher and higher, and the traditional single-zone pressure polishing head can no longer meet the requirements. If the polishing head can divide the wafer into multiple areas for loading, the material removal rate of different areas can be controlled by changing the amount of applied pressure. The polishing head of the current international high-end 300 mm wafer CMP equipment usually has three pressure zones. In addition, at the 45 nm technology node and below, the current CMP equipment (polishing pressure>6,985 kPa) verursacht sehr wahrscheinlich Probleme wie Bruch und Kratzer von Low-k-Materialien und Abblättern der Grenzfläche zwischen Low-k-Medium und Kupfer. Ultra-Niederdruck-CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Im CMP-Prozess spielt der Polierkopf hauptsächlich die folgenden Rollen: ① Druck auf den Wafer ausüben; ② Treiben Sie den Wafer an, um ihn zu drehen und ein Drehmoment zu übertragen. ③ Stellen Sie sicher, dass der Wafer und das Polierpad immer gut sitzen, ohne herunterzufallen oder Fragmente zu bilden. Darüber hinaus ist der Polierkopf in High-End-CMP-Geräten vorzugsweise in der Lage, den Wafer durch seine eigene Struktur ohne die Hilfe äußerer Bedingungen zu klemmen, um die Produktionseffizienz zu verbessern.
Der zonierte Druckpolierkopf ist ein wichtiger Faktor bei der Messung des technischen Niveaus von CMP-Geräten. Die Kernidee stammt aus dem Preston-Modell. Nach diesem Modell. Nach den Untersuchungen von CHEN et al. gilt: Je mehr Unterteilungen ein Polierkopf hat, desto stärker ist seine Fähigkeit, die Materialabtragsrate anzupassen. Je mehr Partitionen es jedoch gibt, desto komplexer ist die Struktur und desto schwieriger ist die Entwicklung. Für die Größenaufteilung der einzelnen Zonen des Polierkopfes gibt es keine besonderen Anforderungen. Es kann je nach tatsächlicher Innenstruktur des Polierkopfs gleichmäßig oder aufgeteilt sein.
Um zu verhindern, dass der Wafer während der Rotation herausgeschleudert wird, muss der Polierkopf über eine Halteringstruktur verfügen. In der Entwicklungsgeschichte der CMP-Technologie sind zwei Arten von Sicherungsringen aufgetaucht: feste Sicherungsringe und schwimmende Sicherungsringe. Da der feste Haltering den Kanteneffekt nicht vermeiden kann, verwenden die aktuellen Mainstream-CMP-Geräte einen schwimmenden Haltering. Durch die Anwendung unterschiedlicher Drücke auf den schwimmenden Haltering kann der Kontaktzustand zwischen Wafer und Polierpad angepasst und so der Kanteneffekt effektiv verbessert werden.
Da der Haltering eng am Polierpad anliegt, muss eine Reihe von Rillen an der Unterseite des Halterings vorgesehen werden, um die Polierflüssigkeit so zu leiten, dass sie reibungslos in die Schnittstelle zwischen Wafer und Polierpad gelangt. Um die Lebensdauer zu verbessern, muss der Sicherungsring außerdem aus hochfesten, korrosionsbeständigen und verschleißfesten Materialien wie Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyetheretherketon (PEEK) ausgewählt werden.
Wie bereits erwähnt besteht eine wichtige Funktion des Polierkopfes darin, den Wafer festzuklemmen und einen schnellen und zuverlässigen Transfer des Wafers zwischen der Lade- und Entladestation und der Polierstation zu ermöglichen. In der Entwicklungsgeschichte der CMP-Technologie gab es viele Spannmethoden wie mechanisches Spannen, Paraffinbinden und Vakuumsaugnäpfe, aber die oben genannten Methoden können die Anforderungen von High-End-CMP-Geräten in Bezug auf Effizienz, Zuverlässigkeit, und Sauberkeit. Der Mehrzonen-Polierkopf nutzt ein Vakuumadsorptionsverfahren zum Festklemmen des Wafers. Das Grundprinzip ist in Abbildung 2 dargestellt. Zuerst wird Überdruck auf den Mehrzonen-Airbag ausgeübt, um die Luft zwischen Airbag und Wafer herauszudrücken, und dann wird die Kombination aus Über- und Unterdruck zur Steuerung verschiedener Airbag-Trennwände verwendet Zwischen dem Airbag und dem Wafer entsteht eine Unterdruckzone, und der Wafer wird fest am Polierkopf adsorbiert. Diese Methode nutzt die Mehrzonen-Airbagstruktur des Polierkopfs selbst voll aus und bietet die Vorteile einer schnellen, zuverlässigen und umweltfreundlichen Methode.