El pulido químico mecánico (CMP) (también llamado planarización químico mecánica ) es un proceso de alisado de superficies con la combinación de fuerzas químicas y mecánicas. Se puede considerar como un híbrido de grabado químico y pulido abrasivo libre. [1] Se utiliza en la industria de semiconductores para pulir obleas semiconductoras como parte del proceso de fabricación de circuitos integrados. [2]
El proceso utiliza una suspensión química abrasiva y corrosiva (comúnmente un coloide ) junto con una almohadilla de pulido y un anillo de retención, generalmente de un diámetro mayor que la oblea. La almohadilla y la oblea se presionan entre sí mediante un cabezal de pulido dinámico y se mantienen en su lugar mediante un anillo de retención de plástico. El cabezal de pulido dinámico gira con diferentes ejes de rotación (es decir, no concéntricos). Esto elimina material y tiende a nivelar cualquier topografía irregular , haciendo que la oblea sea plana o plana. Esto puede ser necesario para preparar la oblea para la formación de elementos de circuito adicionales. Por ejemplo, CMP puede colocar toda la superficie dentro de la profundidad de campo de un sistema de fotolitografía o eliminar material de forma selectiva según su posición. Los requisitos típicos de profundidad de campo se reducen a niveles de Angstrom para la última tecnología de 22 nm.
Las herramientas CMP típicas, como las que se ven a la derecha, consisten en girar una placa extremadamente plana cubierta por una almohadilla. La oblea que se está puliendo se monta boca abajo en un soporte/eje sobre una lámina de soporte. El anillo de retención (Figura 1) mantiene la oblea en la posición horizontal correcta. Durante el proceso de carga y descarga de la oblea en la herramienta, el portador mantiene la oblea mediante vacío para evitar que se acumulen partículas no deseadas en la superficie de la oblea. Un mecanismo de introducción de lechada deposita la lechada sobre la plataforma, representada por el suministro de lechada en la Figura 1. Luego, tanto la placa como el soporte se hacen girar y el soporte se mantiene oscilando; esto se puede ver mejor en la vista superior de la Figura 2. Se aplica una presión/fuerza hacia abajo al portador, empujándolo contra la almohadilla; Normalmente, la fuerza descendente es una fuerza promedio, pero se necesita presión local para los mecanismos de extracción. La fuerza descendente depende del área de contacto que, a su vez, depende de las estructuras tanto de la oblea como de la almohadilla. Normalmente, las almohadillas tienen una rugosidad de 50 µm; el contacto se realiza mediante asperezas (que normalmente son los puntos altos de la oblea) y, como resultado, el área de contacto es sólo una fracción del área de la oblea. En CMP, también se deben considerar las propiedades mecánicas de la propia oblea. Si la oblea tiene una estructura ligeramente arqueada, la presión será mayor en los bordes que en el centro, lo que provoca un pulido no uniforme. Para compensar el arco de la oblea, se puede aplicar presión en la parte posterior de la oblea, lo que, a su vez, igualará las diferencias entre el centro y el borde. Las almohadillas utilizadas en la herramienta CMP deben ser rígidas para pulir uniformemente la superficie de la oblea. Sin embargo, estas almohadillas rígidas deben mantenerse alineadas con la oblea en todo momento. Por lo tanto, las almohadillas reales suelen ser simplemente pilas de materiales blandos y duros que se ajustan hasta cierto punto a la topografía de las obleas. Generalmente, estas almohadillas están hechas de materiales poliméricos porosos con un tamaño de poro entre 30 y 50 µm y, debido a que se consumen en el proceso, deben reacondicionarse periódicamente. En la mayoría de los casos, las almohadillas son en gran medida patentadas y, por lo general, se hace referencia a ellas por sus nombres comerciales en lugar de por sus propiedades químicas o de otro tipo.
El pulido o planarización químico mecánico es un proceso de alisado de superficies con la combinación de fuerzas químicas y mecánicas. Se puede considerar como un híbrido de grabado químico y pulido abrasivo libre.
Antes de 1990, aproximadamente, el CMP se consideraba demasiado "sucio" para incluirlo en procesos de fabricación de alta precisión, ya que la abrasión tiende a crear partículas y los abrasivos en sí no están exentos de impurezas. Desde entonces, la industria de los circuitos integrados ha pasado de los conductores de aluminio a los de cobre . Esto requirió el desarrollo de un proceso de modelado aditivo , que se basa en las capacidades únicas del CMP para eliminar material de manera plana y uniforme y para detenerse repetidamente en la interfaz entre las capas aislantes de cobre y óxido (consulte Interconexiones de cobre para obtener más detalles). La adopción de este proceso ha hecho que el procesamiento CMP esté mucho más extendido. Además del aluminio y el cobre, se han desarrollado procesos CMP para pulir tungsteno, dióxido de silicio y (recientemente) nanotubos de carbono. [3]
Actualmente existen varias limitaciones del CMP que aparecen durante el proceso de pulido que requieren la optimización de una nueva tecnología. En particular, se requiere una mejora en la metrología de las obleas. Además, se descubrió que el proceso CMP tiene varios defectos potenciales que incluyen agrietamiento por tensión , deslaminación en interfaces débiles y ataques corrosivos de productos químicos en suspensión . El proceso de pulido con óxido, que es el más antiguo y utilizado en la industria actual, tiene un problema: la falta de puntos finales requiere un pulido ciego, lo que dificulta determinar cuándo se ha eliminado la cantidad deseada de material o se ha alcanzado el grado deseado de planarización. sido obtenido. Si durante este proceso la capa de óxido no se ha adelgazado lo suficiente y/o no se ha alcanzado el grado de planitud deseado, entonces (teóricamente) se puede volver a pulir la oblea, pero en la práctica esto no es atractivo en la producción y debe evitarse. si es posible. Si el espesor del óxido es demasiado fino o no uniforme, entonces la oblea debe ser reelaborada, un proceso aún menos atractivo y que probablemente fracasará. Obviamente, este método requiere mucho tiempo y es costoso, ya que los técnicos deben estar más atentos al realizar este proceso.
El aislamiento de zanjas poco profundas (STI), un proceso utilizado para fabricar dispositivos semiconductores, es una técnica utilizada para mejorar el aislamiento entre dispositivos y áreas activas. Además, STI tiene un mayor grado de planaridad, lo que hace que sea esencial en aplicaciones fotolitográficas reducir la profundidad de enfoque al disminuir el ancho mínimo de línea. Para planarizar zanjas poco profundas, se debe utilizar un método común, como la combinación de grabado resistente (REB) y pulido químico mecánico (CMP). Este proceso viene en un patrón de secuencia de la siguiente manera. Primero, el patrón de zanja de aislamiento se transfiere a la oblea de silicio. El óxido se deposita sobre la oblea en forma de zanjas. En la parte superior de este óxido de sacrificio está estampada una fotomáscara, compuesta de nitruro de silicio . Se agrega una segunda capa a la oblea para crear una superficie plana. Después de eso, el silicio se oxida térmicamente, por lo que el óxido crece en regiones donde no hay Si 3 N 4 y el crecimiento tiene entre 0,5 y 1,0 μm de espesor. Dado que las especies oxidantes como el agua o el oxígeno no pueden difundirse a través de la máscara, el nitruro previene la oxidación. A continuación, se utiliza el proceso de grabado para grabar la oblea y dejar una pequeña cantidad de óxido en las áreas activas. Al final, se utiliza CMP para pulir la sobrecarga de SiO 2 con un óxido en el área activa.