Le process CMP
Le process CMP: Le CMP, pour
“chemical mechanical planarization” ou “chemical mechanical polishing”
(planarisation ou polissage mécano chimique), est un processus
qui aplanit les reliefs sur les couches d’oxydes de silicium, de
poly-silicium ainsi que les couches métalliques. Il est
utilisé pour planariser ces couches afin de les préparer
aux étapes lithographiques suivantes, évitant ainsi les
problèmes de mise au point liés aux variations de
profondeur lors de l’illumination de la résine photosensibles.
Il s’agit de la seule méthode possible pour la fabrication de
circuits électroniques à très haute densité
d’intégration.
Le CMP remplace des technologies telles que le dépôt
d’oxyde BSPG, suivi d’une étape de recuit
(BPSG anneal) qui lisse cet oxyde à basse température de
fusion, ainsi que le SOG : spin on glass qui est aussi utilisée
pour planariser. Le dépôt de silice flue sur la surface de
silicium et doit alors subir un nettoyage SOG pour enlever le solvant et les composants organiques restants.
Plus la taille de la structure est petite, plus l’impératif de
planarité de la surface est élevé. Les
méthodes BPSG et SOG ne planarisent pas la couche
complètement. Il existe des variations locales de hauteur entre
les zones de densité de différentes. Le CMP est la seule
technique qui réalise une planarisation totale du wafer.
Plusieurs matières peuvent être planarisée par la
technologie CMP.
Planarisation d'oxyde
A l’origine, le CMP était utilisé principalement pour la
planarisation de l’oxyde inter métallique (ILD). L’oxyde de
silicium est déposé en couche plus importante que
l’épaisseur finale requise; il est ensuite polie jusqu’à
ce que les variations de hauteur disparaissent. Cela aboutit à
une surface plane prête pour l’étape suivante. Le process
peut être répété à chaque couche
d’interconnexion supplémentaire.
Il existe aujourd’hui une autre
application importante, la planarisation de l’oxyde dans le process STI
:shallow trench isolation. Le substrat de silicium est recouvert d’une
couche de nitrure de silicium. Cette couche est paternée et
gravé. Ensuite, les tranchées dans le silicium sont
remplies d’oxyde. L’étape CMP est utilisée pour
éliminer tout l’oxyde au dessus de la surface de nitrure.
Après l’
élimination de la couche de nitrure, le transistor peut
être construit par le dépôt des oxydes de grille et
du silicium poly-silicium.
Planarisation
de poly
silicium
Le poly silicium peut être facilement poli avec, à
peu de différences près, les mêmes types de
polisseuses et les mêmes pads et abrasifs que ceux
utilisés pour la planarisation de l’oxyde de silicium. Les
applications-types sont le polissage des connexions ou des vias de
poly-silicium, en retirant le poly silicium déposé au
dessus de l’oxyde ILD, et laissant seuls les vias remplis de poly.
Cette planarisation peut aussi être utilisée lors de la
phase finale d’amincissement des wafers ainsi que pour le polissage des
wafers de silicium.
Planarisation
des
métaux
Des métaux comme le tungstène, l’aluminium ou le
cuivre sont utilisés dans la technologie damascene pour remplir
des vias ou tranchées afin de réaliser les connections
électriques. Cette technologie est appelée ainsi
d’après une ancienne technologie utilisée dans la
fabrication d’épées à Damascus.
Le process damascene du
tungstène part d’une surface diélectrique
complètement planarisée avec des trous de vias
affleurants. Ces trous peuvent être faits bien plus petits et
plus serrés que les sloped vias de la technologie
précédente. Le tungstène (W) est alors
déposé par un processus de dépôt par vapeur
chimique. Le process CVD produit un film de tungstène cristallin
qui rempli les trous par toutes ses paroies, ne laissant qu’un espace
très petit au milieu du via. Une étape de CMP est alors
utilisée pour ôter le tungstène en surface, ne
laissant ainsi que les trous de vias remplis. Ce process de polissage
est conçu pour être très sélectif entre le
tungstène et le diélectrique de base.
Enfin, une couche de lignes de métal doit être
créée sur les contacts fabriqués
précédemment afin de compléter le circuit. Le
process est répété avec l’étape de
planarisation d’oxyde pour ajouter à chaque fois, un niveau
d’interconnexion au circuit intégré.
A part l’utilisation pour la préparation des vias connectant
deux couches de métal, le process damascene peut aussi
être utilisé avec les tranchées modelées
dans le diélectrique afin de former les lignes de métal
elles même. Le cuivre est souvent utilisé pour ce process.
Une tranchée étroite est gravée dans le
diélectrique suivant les formes désirées, le
cuivre est déposé sur le wafer par dépôt
électrochimique ECD, et le processus CMP ôte
sélectivement le métal en surface pour ne laisser que les
tranchées remplies.
Dans le process dual damascene, le niveau des lignes et des vias sont
tous deux créés grâce en une seule étape CVD
ou ECD et une seule étape de polissage.
Toutes les couches de métal doivent être recuites
après le dépôt ou la planarisation. Le processus de recuit du cuivre (copper anneal
process) est décrit sur une page séparée.
Le CMP est un processus de
lissage et de planarisation des surfaces combinant des actions
chimiques et mécaniques, un mélange de gravure chimique
et de polissage mécanique à abrasif libre. Le rodage
mécanique seule cause trop de dégâts sur les
surfaces et la gravure humide seule ne permet pas d’obtenir une bonne
planarisation. Les réactions chimiques étant
isotropiques, elles attaquent les matériaux
indifféremment dans toutes les directions. Le CMP combine les
deux effets en même temps.
La machine classique de CMP
consiste en un plateau rotatif recouvert d’un pad. Le wafer est
chargé à l’envers dans un portoir et s’appuie sur un film
de protection. Un anneau de retenue maintient le wafer en place dans le
portoir. Le plateau et le portoir sont tous deux en rotation. Un bon
contrôle de la vitesse est important. Le portoir est aussi
animé d’un mouvement d’oscillation. Un système de robot
est installé pour charger et décharger le portoir.
Pendant le chargement et le déchargement, le wafer est maintenu
dans le portoir par le vide Pendant le polissage CMP, on applique une
force sur le portoir, par son axe, grâce à un dispositif
de type cardan et qui se transforme en pression de travail sur le
wafer. De plus, une pression d’azote est appliquée en face
arrière du wafer.
Sur le tissus de polissage, les points les plus hauts du wafer sont
soumis à des pressions plus élevées que leurs
voisins, plus bas, faisant que la vitesse d’enlèvement y est
plus forte. Cette différence de vitesse entre les points hauts
et bas crée l’effet planarisation.
Le slurry est versé sur le plateau par des canules. En fonction
du procédé recherché, les abrasifs sont
différents. Les caractéristiques des abrasifs
dépendent de la taille de grain, de son matériau, et de
la chimie qui l’accompagne, dont le pH. En règle
générale, les abrasifs pour le silicium, l’oxyde, le
nitrure, sont basiques, et pour les métaux : acides. La
température du procédé joue aussi sur les
conditions d’enlèvement mais de façon différente
en fonction des matériaux.
Pour cela, le plateau est équipé d’un système de
régulation de la température, qui peut ajuster la
température entre 10°C et 70°C. Ceci est fait soit par
une technologie back spray (voir schéma), soit par contact entre
le support de plateau doté d’une circulation interne d’eau
régulée en température.
Le système CMP type
contient également un outil de conditionnement des pads ainsi
qu’un outil pour le nettoyage des wafers après le polissage. Des
systèmes variés de détection de fin de polissage
peuvent aussi être intégrés dans l’outil de CMP.
Ceci peut être fait en mesurant la température du plateau
par capteur IR.
Le système de mesure d'oxyde Nova peut être intégré en
option.
Présentation générale d’Alpsitec
Alpsitec est une
société travaillant dans la
technologie et les équipements pour le semi-conducteur. Elle a
été fondée en 2001 par la reprise de
l’activité CMP de Steag Electronic System et est basée
à Grenoble, France. Alpsitec a deux activité principales
: la conception, la production et l’installation de machines de
polissage et planarisation de wafers de silicium, et, en tant que
partenaire de Cognex, l’intégration de systèmes de vision
industrielle sur lignes de production.
Crystec représente Alpsitec pour son activité CMP. Ces
machines, intallées par Alpsitec et son
prédécesseur dans des universités, des instituts
de recherche et des clients industriels, sont largement reconnues et
bénéficient d’une excellente réputation.
L’équipement CMP
Les équipements CMP
d’Alpsitec sont conçus pour la recherche et développement
et les lignes de productions pilotes. De ce fait, ils ont
été prévus pour des performances
élevées, une grande souplesse, peu de déplacement,
une facilité d’utilisation et des coûts bas. Des machines
stand alone et des structures modulables sont disponibles. Le
changement de la taille du wafer est facile et rapide; de même,
des formes spéciales d’échantillons, par exemple des
wafers rectangulaires, peuvent être utilisés, avec des
portoirs spéciaux. Voici une présentation, description et
comparaison des différents modèles disponibles:
Pcox 200 S, 202-204
La Pcox 200 S a une position
unique sur le marché de la R&D en planarisation. En effet,
cette machine est identique à ses parents de la famille des
Pcox20X destinés à la production. La gamme Pcox200X
consiste en une série de machines modulaires qui offrent des
configurations incluants 2, 3 ou 4 modules de polissage. La Pcox200S
est l’un de ces modules utilisé en stand alone pour le
développement de process. Elle offre les mêmes
caractéristiques qu’une machine de production :
- contrôle total par ordinateur et PLC
- chargement et déchargement automatique de la tête de
polissage
- multiples étapes de polissage
- compatibilité 4’’ à 8’’
- conditionnement in-situ ou ex-situ
- pompes de slurry intégrées
- échange rapide des plateaux, des portoirs de polissage et des
outils de conditionnement. Sa structure offre les mêmes
caractéristiques de productivité qu’un module inclus dans
une machine Pcox20X, mais avec un chargement manuel du wafer, afin de
gagner en place et en coûts.
Autres propriétés :
- transfert direct des process développés sur la Pcox200
S aux machines de production Pcox20X.
- évolution possible et facile d’un module Pcox200S vers une
machine Pcox20X, assurant ainsi une bonne durée de vie de
l’outil sans obsolescence.
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Station
de manipulation incluant 3 cassettes, un robot de manipulation
de wafers et un robot additionnel de transfert linéaire. |
PCox
200S
initiale |
Module
de polissage aditionnelle pour la PCox202S
|
Module
de polissage aditionnelle pour la PCox203S
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E550
Le E550
est une machine de
planarisation stand alone pour l’industrie du semiconducteur. Sa
conception avec deux plateaux et la manipulation de cassette à
cassette en fait un outil parfait pour une ligne de production de
semiconducteurs. Sa conception modulaire permet également de
l’adapter facilement à la Recherche & Développement.
Cet outil peut polir et planariser des wafer jusqu’à 200 mm.
Facilité et rapidité de manipulation sont parmi les
propriétés les plus avancées de cet outil : Un
logiciel souple et transparent, un nettoyage facilité par
à un écran de protection amovible, des buses et une
douchette d’eau DI, un accès depuis trois côtés
à la zone de polissage, tout cela participent à la
facilité de maintenance et la facilité d’utilisation en
permettant un échange facile des plateaux et portoirs.
La station de polissage :
Le wafer est chargé et déchargé via la
palette de transfert double. Le wafer est d’abord poli sur le premier
plateau d’un diamètre de 550 mm. Ensuite le wafer peut
être poli sur le plateau final d’un diamètre de 350 mm. Le
premier plateau est tenu par dépression, permettant un montage
facile et rapide. La zone de nettoyage se trouve au-dessus du plateau
final, pour rincer le wafer et le portoir. C’est également la
zone de chargement du portoir. La tête de conditionnement du
premier plateau peut être équipée d’un outil avec
un diamètre allant jusqu’à 238 mm, immergé dans
l’eau DI pendant le cycle de polissage. Cet outil peut aussi être
équipé de brosse de disque et d’anneaux diamantés.
Le conditionneur du dernier plateau se compose d’une brosse
linéaire.
E460
Le E460 est conçu pour le
polissage et la planarisation de wafers de diamètres compris
entre 2” et 8”. L’utilisation optimale du E460 se trouve dans le champ
des applications en Recherche & Développement, tout aussi
bien que pour les besoins de production en petites quantités,
grâce à la flexibilité de la machine.
Le E460 propose un procédé en 5 étapes. Chaque
étape offre un ensemble spécifique de paramètres.
Cet outil propose un chargement manuel et un contrôle automatique
du polissage. Notre montage standard du wafer utilise l’aspiration et
la pression en face arrière mais tout autre type de montage est
possible : cire, templates. Une configuration spécial du portoir
peut être réalisée afin de s’adapter aux besoin des
clients. La machine est équipée d’un outil de
conditionnement automatique. Pour une détection facile et rapide
du point de fin de polissage, la machine est
prééquipée et des connecteurs sont disposés
sur la face arrière de la machine.
Avantages spécifiques :
• Echange rapide des différentes éléments
spécifiques du process : plateau, portoir et tête de
conditionnement (temps requis : 2 min).
• Idéal pour un partage de la machine entre plusieurs
équipes.
| Crystec Technology Trading GmbH
est disposé à discuter la suite en détail avec
vous. |
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