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采访报道
陶氏化学IKONIK 4000浅谈
录入时间:2014/8/12 10:41:18

陶氏化学IKONIK 4000浅谈

问:CMP工艺和耗材套剂目前在业界已经确立了自己的地位。那么IKONIC™ 4000 CMP研磨垫具备哪些潜在优势?

答:新的 IKONIC™ 研磨垫技术平台是一种产品组合扩展,为市场带来陶氏在针对多种化学机械研磨(CMP)应用领域的软质和硬质系列研磨垫上的最先进的技术。IKONIC技术平台提供一系列更软(和硬质)的研磨垫,目的是在28nm及更小节点工艺进行更广泛范围的CMP应用, 以提供最高的性能水平

陶氏的IKONIC 研磨垫技术平台是一系列产品,旨在提供铜、钨、ILD、STI以及其他研磨应用领域中的各种优点。其配方综合了一套独特的化学机理,使得研磨垫具备一系列的硬度和孔隙率,易于进行研磨垫表面的粗糙化处理,并且容易地实现最适宜的表面纹理的加工。

在IKONIC 技术平台问世前,诸如业界领先的VISIONPAD™(VP)5000/VP6000之类的CMP 研磨垫都是固定的配方,其力学性能和形貌都是给定的。现在,随着IKONIC 技术平台的推出,我们已经有能力对研磨垫的硬度级别和孔隙率进行精细调节,使其与给定的研磨液能够协同作用。

IKONIC 2000系列研磨垫主要是针对那些需要软质或超软质研磨垫的制程,比如铜阻挡层的研磨。IKONIC 3000 系列研磨垫主要是针对那些需要中等硬度研磨垫的制程,比如大量铜的去除。IKONIC 4000 系列研磨垫主要是针对那些需要硬度较高的研磨垫的制程,比如STI和晶体管栅极的形成制程。

IKONIC 4000 系列研磨垫在通过研磨垫配方中采用的软质和硬质聚合物基材的独特平衡来保持研磨进程的同时减少缺陷率。4000系列研磨垫针对的是缺陷率、研磨速率以及研磨速率稳定性方面的改善。

问:晶圆边缘研磨方面的要求是CMP制程所面临的主要难题之一。对此,IKONIC™ 4000 如何应对?

答:晶圆边缘研磨的问题实际上是在整个晶圆上进行研磨调整时所涉及到的一系列问题,因为所遇到的片内研磨难题和特征尺寸内的研磨难题始终是一样的。当然,由于研磨液分布和边界效应,在晶圆边缘还存在其他的各种难题,但是晶圆边缘区域的晶粒良率在很大程度上要受到CMP片内均匀性和特征尺寸内均匀性的影响。

IKONIC™ 4000 系列的CMP研磨垫针对28nm及更高阶制程的IC制造工艺一般均可提供优异的研磨性能,并因此有助于改善在特定的晶圆边缘的研磨效果。但是,CMP研磨垫自身不能独自解决对CMP制程性能进行调整在晶圆边缘所遇到的一些问题。研磨盘上的研磨内层在研磨垫上分布向下的力,从而传到执行机械去除功能的研磨液中的颗粒上,因此,这种研磨内层的材质和结构为控制晶圆边缘区域的用力分布和去除速率提供了一种直接的控制方式。陶氏目前正在开发一种新的研磨内层,其目的在于减少晶圆边缘部位的不均匀性。

 问:IKONIC™ 4000 研磨垫是否能够用于450mm 的晶圆?其均匀性方面的效能如何?

答:到目前为止,450mm 晶圆的加工尚未形成大批量需求,但是陶氏已经对450mm的制造产能进行了投资,能够制造此类研磨垫,而且已经向那些具备450mm制程产能研磨工具的客户供应了大尺寸研磨垫。由于陶氏在聚合物化学机理和加工方面经验深厚,因此相比较而言,陶氏能够比较轻松地将研磨垫直径从300mm 放大到450mm,与此同时,材料组分构成和宏观结构均还能保持均匀性。同时,IKONIC™ 4000 CMP 研磨垫是专门设计的,能够最大程度地实现整个晶圆表面上的整体均匀性,因此陶氏自信在业界需要更大尺寸基材时,陶氏能够将300mm 晶圆的工艺结果正确地放大到450mm的晶圆上。

问:半导体行业对于成本是非常敏感的。IKONIC™ 4000 系列研磨垫如何帮助降低成本?与早期的产品相比较,该系列产品在研磨垫的使用寿命和降低缺陷率方面有何改进之处?

答:所有IKONIC™ 研磨垫的设计宗旨都是减少缺陷以实现更高的晶圆良率。在工业化的IC装置的大批量制造(HVM)过程中,在良率方面的损失是最大的一块成本,因此,在28nm及更高阶制程中提高器件良率就可以在最大程度上有助于降低成本。

与此同时,这些产品具备延长研磨垫使用寿命的潜力,从而在研磨垫的使用方面直接实现节约,同时因为缩短了设备的维护停机时间而间接实现节约。尤其是在与二氧化铈研磨液配合使用时,所开发的IKONIC 4000 系列研磨垫能够保持稳定的研磨速率和外形,从而延长了研磨垫的使用寿命,并因此降低了研磨垫的更换费用。选择IKONIC 系列产品亦旨在降低购置成本。例如,为那些对成本敏感的客户开发出了针对钨制程和基于二氧化铈颗粒CMP的IKONIC 4250 研磨垫,这些客户要求研磨垫具备更高的研磨速率以缩短研磨时间并减少研磨液的使用量。

此外,这些新的CMP研磨垫的设计能满足产出量增益的一系列研磨速率目标值。这些优点使得IKONIC 系列CMP 研磨垫技术平台成为范围很广的高级研磨应用领域的最佳选择。

成本的降低亦能通过各种技术之间的巧妙协调来实现。例如,目前已知在高级CMP制程中研磨垫材质、研磨垫调整配方和研磨液耗用量之间存在着相互依赖性。对于化学和力学方面的相互依赖性的正确了解能够实现对研磨垫材质和调整原型进行精细调整,从而在减少研磨液耗用量的同时实现更高的研磨速率。

 问:目前在高级制程中正在采用各种新的材料。例如,新的栅极金属或新的结构(如FinFETs - 鳍式场效晶体管)。IKONIC™ 4000 系列研磨垫是否能够用于这些新的制程和材料?

 答:随着业界在尽可能减小装置尺寸方面不断实现突破,就会需要在更为复杂的结构中整合进来新的材料。由于增加的不仅是补充材料选项而且是必须集成至高级装置结构的材料总数,材料之间相互作用的复杂性急剧上升。

 由于CMP制程必须对一种或多种材料实现全面性去除,在最大程度减少其它材料去除的同时,在制程中选择去除哪些材料的能力一般都是由研磨液的化学机理所决定的。当然,对于任何具备量产价值的CMP制程而言,很高的均匀性和较低的缺陷率都是至关重要的,而且这些关键性的参数主要是由CMP研磨垫的力学性能和结构性能来进行控制的。

 最近在高端IC加工领域出现的一个重大趋势就是更多地采用二氧化铈颗粒研磨液。最初是在浅槽隔离(STI)研磨制程中证明了其效能,这种制程要求在氧化物和氮化物之间具备很高的研磨选择比,二氧化铈研磨液现在正在应用于高端装置的更多层级结构上。在关键性的研磨要求方面,高K金属栅极(HKMG)结构和finFET 的制造均要依赖于二氧化铈研磨液的CMP制程。

 陶氏所开发的IKONIC™ 4000 系列CMP研磨垫在当今难度最高的finFET 研磨制程中与二氧化铈研磨液配合使用时能够实现最优的制程性能。IKONIC 4000 研磨垫在保持低缺陷率的同时,还能够大幅度提升finFET 制造流程的均匀性。

 CMP制程的一般目标是对带有形貌的表面进行处理使其实现全面性平坦化,同时在整个晶圆表面形成一种非常均匀的、可控的薄层厚度。此前一般是采用软质研磨垫来改善缺陷率,其代价是研磨垫使用寿命缩短(而且相关费用也相应地更高)以及研磨效果减弱。有了诸如finFET之类的制程,就不能够再继续以往的折中方法了。IKONIC研磨垫产品的设计目标就是最大程度地减少这种折中,并且以较低的缺陷率实现较好的研磨效率。

 在晶体管的形成过程中,由于所采用的CMP制程会影响到装置的应用效能,与互连的形成制程中所采用的CMP步骤相比较,这里对均匀性的控制是更为重要的一个难题。由于CMP制程对于晶体管的功能影响很大,因此,每个晶体管、晶圆上的每个芯片以及每个晶圆都必须尽可能地保持一致性。为了实现这个目标,对于制程的控制必须从芯片级别转换到总体的控制级别。

IKONIC研磨垫是陶氏团队针对客户关键问题来设计材料,并提供解决方案的良好范例。该技术平台在最大可能减少折中方面设定了新的标准。但是,随着业界继续不断地缩小装置尺寸,还会涌现出各种新的问题,而且对于每一代产品,我们都将从零开始并研发出新的创新方案。

 陶氏正在努力改变研磨机理的内在机制,以便实现对制程内在固有的控制。在我们的研发工作中,我们的重点是开发出能够将CMP系统保持在稳定状态的材料,而不是以前通过强力和时间点来控制制程的方法。这个控制系统的新难题应该是我们在今后若干年时间里所面临的最大障碍。

问:客户是否需要购买新的研磨液以便配合新的IKONIC™ 4000 研磨垫的使用?

答: IKONIC™ 4000 研磨垫技术平台的设计能够与当前绝大多数工业化的CMP研磨液相匹配,尤其是那些以二氧化铈颗粒为基础的研磨液。客户应该首先对研磨液套剂进行研究和开发,而且只有在找到能够提供所需要的研磨选择比和研磨速率的研磨液之后,才涉及到与研磨垫的全面工艺整合问题。CMP研磨垫是研磨液实现去除平面上的材料所采用的载体。

针对此业界动态,陶氏已经设计出可调整的IKONIC 4000技术平台,以便优化与不同的市售研磨液套剂相配合的整体效能。不同的二氧化铈研磨液可能是基于完全不同的化学机理套剂,此时实现最优效能就需要不同的研磨垫性能。使用二氧化铈研磨液的客户均非常清楚它们之间相互依赖性的复杂性,而且知道这是需要进行定制化的、其本身也是很复杂的制程。

CMP制程的负面效应包括摩擦生热,因此控制局部温度非常重要,而且机械力作用的细节也非常重要。另一个经常被忽略的方面是CMP制程里的研磨液传输问题:粘度稀的液体流动速度快,从晶圆的外边进入,所存在的问题是如何在晶圆表面得到新鲜研磨液,以及如何移除废旧的研磨液。如果新材料的进入和老材料的移除没有形成均匀的传送机制,则会发生腐蚀问题,或在晶圆下面发生堆积,因此,研磨垫形态的设计是非常关键的,这包括其开槽设计和纹路。IKONIC 技术平台对于研磨垫的纹路控制能够优化研磨液的使用,对输送动力学实现有效的控制,从而最大可能减少不需要的化学反应。

鉴于这些问题,可以清楚地看出:主要的CMP易耗品供应商必须具备系统集成能力,对于研磨垫和研磨液均有着深刻的了解,能够应对制程中的各种工艺问题。现在的IC 制造生产线都依赖其供应商对于CMP制程的复杂动力学中所包含的材料之间相互作用的了解程度。这种了解能够实现对给定制程进行分析,并且针对每个客户和每个工艺步骤能够给出最佳的解决方案方面的建议。

能够理解系统的相互作用和根本原因既省时间又省钱。装置制造商现在越来越多地要求主要的供应商通过合作伙伴关系提供这方面的资料。在今后的时间里,这些合作伙伴关系将是解决半导体制造行业的重大难题的关键所在。

 问:对于今后CMP制程的发展您有何高见?

 答: 锗(Ge)只是陶氏目前正在积极研究的众多新材料之一。在过去的数十年时间里,业界都是使用体硅技术,但是目前我们已经发现硅的传输速度已经不够快,而且对于漏电和开关不能提供足够的控制,因此在装置制造方面我们开始转向外延薄层,比如锗化硅(SiGe)。通过将锗掺杂到硅里,形成一种应力改变进而可以提高电子的移动速度。目前业界正在研究纯锗信道,以及针对将来的晶体管的III-V 化合物的半导体信道。

目前对于SiGe尚没有进行过直接的CMP,但是目前已知在SiGe 或 Ge上的外延附生会形成粗糙的表面,因此这成为CMP研究的一个活跃领域。由于对于污染和缺陷的要求要高出许多,因此其难点在于能够接触到晶体管本身而不会损伤或加入颗粒。

在不同材料的研磨机理方面,陶氏已经花费了数十年的时间来积累专业知识,而且一直在与业界主要制造商进行合作,将此种专业知识整合到可量产的解决方案之中。目前我们的工作重点是无颗粒系统的开发,这种系统能够使我们实现原子级别上的控制能力。

 对于当今的CMP加工工艺,“一体通用”的思路已不再可行;要求具备各种产品的一种可调整技术平台来满足客户不断涌现的、同时在技术上也更具难度的制造方面的需求。IKONIC™ CMP 研磨垫技术平台定位独特,由于其材料性能的可调整特性,使其能够应对今后IC制造业所面临的各种要求。

 陶氏在聚合物科学方面的整体水平和在开发CMP解决方案方面所具备的的专业实力帮助我们的客户生产出新一代的各种装置。我们的客户在更低缺陷率和改善购置成本方面的各种要求将继续推进我们的研究项目。

IKONIC 研磨垫技术平台集合了陶氏在材料科学、研磨、制造以及大批量供应方面的专业实力。这些能力再加上与客户的协作关系使得陶氏在全球范围内在CMP研磨垫技术领域处于领先地位。


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