CMP-Haltering

Die fortschreitende Miniaturisierung und die Komplexität von Halbleitern stellen eine Herausforderung dar und treiben die Entwicklung neuer Anlagen für die Halbleiterfertigung voran. Ein Hauptproblem bei allen Verfahren sind CMP-Waferdefekte, die zu Bauteilausfällen führen und die Ausbeute und Betriebskosten erheblich beeinträchtigen können. Unter den verschiedenen Einflussfaktoren sind die durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) verursachten Defekte ein kritischer Faktor, der sich direkt auf die Leistung und den Ertrag der Bauelemente auswirkt. Während sich die Forschung und Entwicklung in der Industrie hauptsächlich auf Verbrauchsmaterialien wie Pads, Slurry und Konditionierer konzentrierte, wird nun zunehmend der CMP-Haltering betrachtet, da er ebenfalls einen großen Einfluss auf die Ausbeute und die gesamte CMP-Leistung hat. 

Ensinger, einer der führenden Anbieter von Hochleistungskunststoffen für CMP-Halteringe, hat mit einem externen unabhängigen Labor zusammengearbeitet, um die Auswirkungen verschiedener CMP-Ringmaterialien auf die CMP-Leistung zu bewerten. Ein technischer Artikel wurde im Electrochemical Society Journal of Solid State Science and Technology mit dem Titel "Tribological, Thermal, Kinetic, and Pad Micro-Textural Studies Using Polyphenylene Sulfide CMP Retaining Rings in Interlayer Dielectric Chemical Mechanical Planarization" veröffentlicht. (Siehe Studie, das Produkt wird in dem Artikel als TECATRON SE bezeichnet, was der frühere Name von TECATRON CMP ist). Diese Fallstudie ist ein Überblick über diesen Artikel mit Schwerpunkt auf den wichtigsten Ergebnissen. 

Für die CMP-Prüfung wurden 300 mm-CMP-Halteringe verwendet, die aus dem ungefüllten PPS-Rohr TECATRON CMP von Ensinger und einem Standard-PPS hergestellt wurden; beide wurden im Extrusionsverfahren gefertigt. DuPont IC1010® Polierpads mit einem K-Rillen-Design wurden während der Tests mit Fujimi PL-4217 Slurry verwendet, die einen Gehalt an abrasiven Siliziumdioxidpartikeln von 10 Gewichtsprozent bei einer konstanten Durchflussrate von 250 ml/min aufweist. Dieser spezielle Slurry ist in erster Linie für den Einsatz bei Zwischenschicht-Dielektrikum (ILD) vorgesehen. Eine 3M A165 Konditionierungsscheibe wurde mit einer Drehzahl von 95 U/min verwendet, während sie 10 Mal pro Minute mit einem Anpressdruck von 10 lbf über die Pad-Oberfläche strich. Die Rotationsgeschwindigkeit der Platte wurde konstant bei 50 U/min gehalten. 

Eine wichtige Erkenntnis war, dass unterschiedliche PPS-Halteringmaterialien die Mikrotextur des Pads verändern können, was zu unterschiedlichen Mengen an Pad-Fragmenten und Spänen führt und auch unterschiedliche Formen von Pad-Aspersitäten zur Folge hat. TECATRON CMP führte zu einer geringeren Bildung von Belagfragmenten während des Verschleißes, zu weniger verdeckten Poren und mitgerissenen Belagresten und Spänen sowie zu schärferen Kantenspitzen im Vergleich zum Industriestandard-PPS. Durch die schärferen Spitzen und die geringere Mitnahme von Bruchstücken und anderen Arten von Spänen verringert die Mikrotextur des TECATRON CMP die Wahrscheinlichkeit von Defekten auf Wafer-Ebene. Darüber hinaus kann die durch die TECATRON CMP erzeugte Mikrotextur des Pads die Materialabtragsrate verbessern. Beide Halteringe verursachten einen vergleichbaren Verschleiß des Pads. Allerdings schien sich der TECATRON CMP schneller abzunutzen als der Industriestandard PPS. Dies wurde in der Großserienfertigung als unbedeutend angesehen, da die Beläge regelmäßig ausgetauscht werden und die CMP-Ringe je nach Anwendung nach einer bestimmten Anzahl von Belagwechseln gewechselt werden. Daher wirken sich kleine Unterschiede in der Ringverschleißrate nicht auf die Lebensdauer des Rings aus.