Das chemisch-mechanische Polieren (CMP) ist ein integraler Bestandteil bei der Herstellung von Siliziumhalbleitern. Bei integrierten Schaltkreisen, die mithilfe von Lithografie und Dünnschichtabscheidung hergestellt werden, werden ausnahmslos CMP-Verfahren eingesetzt, um die gewünschte Planarität des Substrats und der abgeschiedenen Schichten zu erreichen. CMP-Pasten bestehen in der Regel aus einem Schleifpulver in Nanogröße, das in einer chemisch reaktiven Lösung dispergiert ist. Während das chemische Ätzen das Material weicher macht, entfernt der mechanische Abrieb das Material, wodurch die topografischen Strukturen abgeflacht werden und die Oberfläche plan wird. Chemisches Ätzen allein ist isotrop und würde die Oberflächentopografie nicht ebnen, während der mechanische Abrieb die Oberfläche zwar ebnet, aber Oberflächenfehler verursacht. Ein korrekt aufgebauter CMP-Prozess kann Planarität erreichen, ohne dass Oberflächenfehler auftreten.

Die Größenverteilung der abrasiven Partikel ist der schwierigste Designparameter bei einer CMP-Paste und beeinflusst andere wichtige Parameter wie Materialabtrag und Oberflächenfehler. Ein weiterer Hauptparameter ist die Dispersion/Aggregation der Partikel in der Paste. Agglomerierte Partikel verhalten sich wie übergroße Partikel, was zu Oberflächenschäden während des Poliervorgangs führt. 

Der übliche Größenbereich für CMP-Schleifpartikel liegt zwischen 10 und 250 Nanometer. Diverse Partikelgrößenmessverfahren sind in der Lage, die Partikelgröße in diesem Bereich mit unterschiedlicher Genauigkeit und Präzision zu messen. Laserbeugung, dynamische Lichtstreuung und Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) sind die wichtigsten Verfahren und liefern eine hohe Genauigkeit und Präzision in diesem Größenbereich.

Im ppm-Bereich kann die Aggregation zu übergroßen Aggregaten von bis zu 10 Mikron führen. Die Pastenstabilität gegen Partikelaggregation kann anhand des Zetapotenzials bestimmt werden. Übergroße Partikel können mithilfe von Lichtstreuungs- oder Bildgebungsverfahren erkannt werden.

Charakterisierung von CMP-Paste und ihrer Komponenten

Malvern Panalytical hat Lösungen und Geräte zur Optimierung verschiedener Parameter von CMP-Pasten, die in der Halbleiterindustrie verwendet wird:

  • Zetasizer: Partikelgrößenanalyse von weniger als einem Nanometer bis zu mehreren Mikrometern Außerdem misst es das Zetapotenzial zur Untersuchung der Pastenstabilität. 
  • Mastersizer 3000: Partikelgrößenanalyse von 10 nm bis 3 mm als Trockenpulver oder dispergiert in Paste einschließlich übergroßer Partikel.
  • Morphologi 4: Erkennung übergroßer Partikel ab 0,5 µm
  • Empyrean: Partikelgrößenanalyse in einem Partikelgrößenbereich von einem bis 100 nm unter Verwendung von Kleinwinkel-Röntgenstreuung.

Weiterführende Literatur

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