Quelles sont les méthodes de polissage des plaquettes ?

De tous les processus impliqués dans la création d'une puce, le sort final de latranchedoit être découpé en matrices individuelles et emballé dans de petites boîtes fermées avec seulement quelques broches exposées. La puce sera évaluée en fonction de ses valeurs de seuil, de résistance, de courant et de tension, mais personne ne tiendra compte de son apparence. Au cours du processus de fabrication, nous polissons la plaquette à plusieurs reprises pour obtenir la planarisation nécessaire, notamment à chaque étape de photolithographie. LetrancheLa surface doit être extrêmement plate car, à mesure que le processus de fabrication de la puce rétrécit, la lentille de la machine de photolithographie doit atteindre une résolution à l'échelle nanométrique en augmentant l'ouverture numérique (NA) de la lentille. Cependant, cela réduit simultanément la profondeur de champ (DoF). La profondeur de mise au point fait référence à la profondeur à laquelle le système optique peut maintenir la mise au point. Pour garantir que l'image photolithographique reste claire et nette, les variations de surface dutranchedoit s'inscrire dans la profondeur de champ.

En termes simples, la machine de photolithographie sacrifie la capacité de mise au point pour améliorer la précision de l’imagerie. Par exemple, les machines de photolithographie EUV de nouvelle génération ont une ouverture numérique de 0,55, mais la profondeur de champ verticale n'est que de 45 nanomètres, avec une plage d'imagerie optimale encore plus petite lors de la photolithographie. Si letranchen'est pas plat, a une épaisseur inégale ou des ondulations de surface, cela entraînera des problèmes lors de la photolithographie aux points hauts et bas.

La photolithographie n'est pas le seul processus nécessitant unetranchesurface. De nombreux autres procédés de fabrication de puces nécessitent également un polissage des plaquettes. Par exemple, après une gravure humide, un polissage est nécessaire pour lisser la surface rugueuse en vue d'un revêtement et d'un dépôt ultérieurs. Après l'isolation des tranchées peu profondes (STI), un polissage est nécessaire pour lisser l'excès de dioxyde de silicium et terminer le remplissage de la tranchée. Après le dépôt du métal, un polissage est nécessaire pour éliminer les couches métalliques en excès et éviter les courts-circuits du dispositif.

Par conséquent, la naissance d'une puce implique de nombreuses étapes de polissage pour réduire la rugosité et les variations de surface de la plaquette et pour éliminer l'excès de matière de la surface. De plus, les défauts de surface causés par divers problèmes de processus sur la tranche n'apparaissent souvent qu'après chaque étape de polissage. Ainsi, les ingénieurs chargés du polissage ont une responsabilité importante. Ils sont les acteurs centraux du processus de fabrication des puces et sont souvent blâmés lors des réunions de production. Ils doivent maîtriser à la fois la gravure humide et la production physique, principales techniques de polissage dans la fabrication de puces.

Quelles sont les méthodes de polissage des plaquettes ?

Les procédés de polissage peuvent être classés en trois grandes catégories basées sur les principes d'interaction entre le liquide de polissage et la surface de la plaquette de silicium :

1. Méthode de polissage mécanique :
Le polissage mécanique élimine les saillies de la surface polie par découpe et déformation plastique pour obtenir une surface lisse. Les outils courants comprennent les pierres à huile, les roues en laine et le papier de verre, principalement actionnés à la main. Les pièces spéciales, telles que les surfaces des corps en rotation, peuvent utiliser des plateaux tournants et d'autres outils auxiliaires. Pour les surfaces présentant des exigences de qualité élevées, des méthodes de polissage ultra-fines peuvent être utilisées. Le polissage ultra-fin utilise des outils abrasifs spécialement conçus qui, dans un liquide de polissage contenant de l'abrasif, sont étroitement pressés contre la surface de la pièce et tournés à grande vitesse. Cette technique permet d'atteindre une rugosité de surface de Ra0,008 μm, la plus élevée parmi toutes les méthodes de polissage. Cette méthode est couramment utilisée pour les moules de lentilles optiques.

2. Méthode de polissage chimique :
Le polissage chimique implique la dissolution préférentielle des micro-saillies à la surface du matériau dans un milieu chimique, ce qui donne une surface lisse. Les principaux avantages de cette méthode sont l’absence d’équipement complexe, la capacité de polir des pièces de forme complexe et la capacité de polir plusieurs pièces simultanément avec une efficacité élevée. La problématique centrale du polissage chimique est la formulation du liquide de polissage. La rugosité de surface obtenue par polissage chimique est typiquement de plusieurs dizaines de micromètres.

3. Méthode de polissage chimico-mécanique (CMP) :
Chacune des deux premières méthodes de polissage présente des avantages uniques. La combinaison de ces deux méthodes peut produire des effets complémentaires dans le processus. Le polissage mécano-chimique combine des processus de friction mécanique et de corrosion chimique. Pendant le CMP, les réactifs chimiques contenus dans le liquide de polissage oxydent le matériau du substrat poli, formant une couche d'oxyde souple. Cette couche d'oxyde est ensuite éliminée par friction mécanique. La répétition de ce processus d’oxydation et d’élimination mécanique permet d’obtenir un polissage efficace.

Défis et problèmes actuels en matière de polissage chimico-mécanique (CMP) :

CMP est confronté à plusieurs défis et problèmes dans les domaines de la technologie, de l’économie et de la durabilité environnementale :

1) Cohérence du processus : Atteindre une grande cohérence dans le processus du CMP reste un défi. Même au sein d'une même ligne de production, des variations mineures des paramètres de processus entre différents lots ou équipements peuvent affecter la cohérence du produit final.

2) Adaptabilité aux nouveaux matériaux : À mesure que de nouveaux matériaux continuent d'émerger, la technologie CMP doit s'adapter à leurs caractéristiques. Certains matériaux avancés peuvent ne pas être compatibles avec les processus CMP traditionnels, ce qui nécessite le développement de liquides de polissage et d'abrasifs plus adaptables.

3) Effets de taille : à mesure que les dimensions des dispositifs semi-conducteurs continuent de diminuer, les problèmes causés par les effets de taille deviennent plus importants. Des dimensions plus petites nécessitent une planéité de surface plus élevée, ce qui nécessite des processus CMP plus précis.

4) Contrôle du taux d'enlèvement de matière : Dans certaines applications, un contrôle précis du taux d'enlèvement de matière pour différents matériaux est crucial. Garantir des taux de retrait cohérents sur les différentes couches pendant la CMP est essentiel pour la fabrication de dispositifs hautes performances.

5) Respect de l'environnement : Les liquides de polissage et les abrasifs utilisés dans CMP peuvent contenir des composants nocifs pour l'environnement. La recherche et le développement de procédés et de matériaux CMP plus respectueux de l'environnement et plus durables constituent des défis importants.

6) Intelligence et automatisation : Même si le niveau d'intelligence et d'automatisation des systèmes CMP s'améliore progressivement, ils doivent toujours faire face à des environnements de production complexes et variables. Atteindre des niveaux plus élevés d’automatisation et de surveillance intelligente pour améliorer l’efficacité de la production est un défi qui doit être relevé.

7) Contrôle des coûts : CMP implique des coûts d’équipement et de matériel élevés. Les fabricants doivent améliorer les performances de leurs processus tout en s’efforçant de réduire les coûts de production pour maintenir leur compétitivité sur le marché.