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CMP抛光过程中抛光液在抛光垫表面沟槽的流动数值模拟研究

作者:Seokjun Hong 等日期:2021-06-10浏览:316
导读:通过数值分析指出最好的CMP抛光性能是通过圆形加径向凹槽图案和高转速来实现,该研究可用于指导设计最佳的盘面沟槽,从而提高CMP抛光性能。

化学机械抛光(CMP)是在半导体制造中多层隔离介质表面平面化最为重要的工艺。CMP工艺对于实现前端 (FEOL) 和后端 (BEOL) 工艺步骤也很重要。CMP抛光中会涉及到耗材的化学和物理相互作用,例如抛光垫、调节剂和抛光液。

抛光垫为抛光液的引流提供媒介,并提供抛光液颗粒和晶片表面之间接触的界面。修整器具有菱形的尖端,可在研磨过程中保持盘面平整。盘面和晶圆之间间隙中的浆料流动会影响CMP抛光性能,这个主要影响范围包括影响去除率 (RR)、不均匀性 (NU) 和抛光后的表面缺陷。

在CMP抛光过程中,盘面可以通过孔隙和沟槽来控制抛光液的流动。正是因为这些抛光垫沟槽的存在,从而可以大大减少滑水现象,使得被抛光的晶圆和抛光液之间产生更加“亲密”的接触。通常,圆形凹槽已用于许多CMP抛光工艺中。

近来,关于凹槽形状的研究有很多报道,常规的有各种类型的凹槽,如圆形、径向、偏移和组合凹槽。抛光垫的凹槽提供抛光液,改善RR和NU,并能有效去除工艺中的副产品,减少缺陷和划痕。因此,研究抛光垫沟槽内抛光液的流动对抛光性能的影响显得尤为重要。

近期,韩国SKKU大学的Seokjun Hong等,通过数值分析,研究了抛光液在抛光垫沟槽内的流动情况。

抛光液在抛光垫沟槽内的流动情况

首先,通过数值方法计算和预测抛光液的流动,然后分析了速度流线和壁面剪应力,对比了圆形和圆形加径向两种抛光垫沟槽类型。结果发现,抛光液流量随凹槽图案和深度而变化;随着抛光垫磨损,沟槽深度逐渐缩短,从而减少了抛光液流入间隙。圆形凹槽图案保留了浆料,径向凹槽有效地将浆料流转移到盘面和晶圆之间的间隙中。

抛光实验表明,径向凹槽改善了非均匀性 (NU),但径向凹槽的去除率降低。高转速能提高去除率。因此,最好的CMP抛光性能是通过圆形加径向凹槽图案和高转速来实现。该研究可用于指导设计最佳的盘面沟槽,从而提高CMP抛光性能。

CMP抛光工艺示意图和盘面与晶圆之间的数值模型

本稿资料来源:Seokjun Hong, Sunghoon Bae, Seulgi Choi, Pengzhan Liu, Hojoong Kim, Taesung Kim. A numerical study on slurry flow with CMP pad grooves [J]. Microelectronic Engineering, Microelectronic Engineering 234 (2020) 111437.

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