Le polissage mécano-chimique (CMP) fait partie intégrante de tout procédé de fabrication de semi-conducteurs de silicium. Les circuits intégrés réalisés à l'aide de la lithographie et du dépôt de couches minces utilisent invariablement le CMP pour obtenir la planéité souhaitée du substrat et des couches déposées. Les slurrys de CMP sont généralement constitués d'une poudre abrasive de taille nanométrique dispersée dans une solution chimiquement réactive. Alors que la gravure chimique adoucit le matériau, l'abrasion mécanique élimine le matériau, aplatissant ainsi les caractéristiques topographiques et rendant la surface plane. Seule la gravure chimique est isotrope et n'aplatit pas la topographie de surface, alors que l'abrasion mécanique aplatit la surface mais introduit des défauts de surface. Un processus de CMP correctement conçu permet d'obtenir une excellente planéité sans introduire de défauts de surface.

La distribution de la taille des particules abrasives constitue le paramètre de conception essentiel d'un slurry de CMP, qui affecte des paramètres clés comme le taux d'élimination du matériau et les défauts de surface. Un autre paramètre clé est la dispersion/l'agrégation des particules dans le slurry. Les particules agglomérées se comportent comme des particules surdimensionnées, ce qui entraîne des dommages de surface durant le processus de polissage.

La gamme de tailles type des particules abrasives de CMP est de 10-250 nanomètres. Plusieurs techniques de dimensionnement des particules sont capables de mesurer la taille des particules dans cette gamme avec une précision variable. La diffraction laser, la diffusion dynamique de la lumière et la diffusion de rayons X aux petits angles sont les techniques clés pour garantir une précision élevée dans cette gamme de tailles.

L'agrégation peut engendrer des agrégats surdimensionnés pouvant atteindre 10 microns, généralement à l'échelle du ppm en nombres. La stabilité du slurry contre l'agrégation des particules peut être déterminée à l'aide Potentiel zêta. La présence de particules surdimensionnées peut être détectée à l'aide de techniques de diffusion de la lumière ou d'imagerie.

Caractérisation du slurry de CMP et de ses composants

Malvern Panalytical propose des solutions et des équipements permettant d'optimiser divers paramètres du slurry de CMP utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs :

  • Zetasizer : analyse de la taille des particules, du sous-nanomètre à plusieurs microns. En outre, il mesure le potentiel zêta pour étudier la stabilité du slurry. 
  • Mastersizer 3000 : analyse de la taille des particules de 10 nm à 3 mm sous forme de dispersion de poudre sèche ou de slurry, y compris les particules surdimensionnées.
  • Morphologi 4 : détection de particules surdimensionnées à partir de 0,5 µm.
  • Empyrean : analyse de la taille des particules dans une gamme de tailles de 1-100 nm à l'aide de la diffusion de rayons X aux petits angles.

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