Суспензия ZrO₂ для CMP полировки полупроводников — наноабразив ZrO₂ для химико-механической планаризации
Химико-механическая планаризация (CMP) — один из наиболее критичных технологических этапов в производстве полупроводников, требующий точного съёма материала и планаризации поверхности на уровне ангстрем. Наноабразивные частицы диоксида циркония (ZrO₂) выступают высокоэффективной альтернативой традиционным коллоидным кремниевым и цериевым абразивам в специфических применениях CMP, особенно для полировки мелких траншей изоляции (STI).
Почему нано-ZrO₂ для CMP
- Преимущество по твёрдости перед кремнезёмом: твёрдость ZrO₂ по Моосу ~8.5 против SiO₂ ~7. Более высокая эффективность механического съёма при той же концентрации абразива, что позволяет снизить содержание твёрдых частиц (1–5 Wt% против 10–30 Wt% для кремнезёма).
- Химическая управляемость: химия поверхности ZrO₂ амфотерна — изоэлектрическая точка (IEP) при pH 6–7 — что позволяет настраивать pH-зависимую избирательность между оксидными (SiO₂) и нитридными (Si₃N₄) плёнками.
- Меньшая склонность к царапинам, чем у церия: абразивы на основе CeO₂ обеспечивают отличную скорость съёма оксида, но склонны к глубоким царапинам при работе с передовыми нормами (≤7 нм). Нано-ZrO₂ с контролируемым d50 <80 nm обеспечивает альтернативу с меньшим количеством дефектов.
- Плотность: 5.68 g/cm³ для моноклинного ZrO₂ — выше, чем у кремнезёма (2.2), что обеспечивает эффективный механический контакт при малом содержании твёрдых частиц.
Сегменты применения CMP
Полировка мелких траншей изоляции (STI)
CMP STI удаляет избыток осаждённого SiO₂ и планаризует поверхность пластины. Суспензии нано-ZrO₂ с 2–5 Wt% твёрдых веществ, pH 3–5:
| Показатель | Суспензия нано-ZrO₂ | Суспензия церия | Коллоидный кремнезём |
|---|---|---|---|
| Скорость съёма оксида (ORR) | 2000–4000 Å/мин | 3000–5000 Å/мин | 1500–3000 Å/мин |
| Избирательность оксид:нитрид | 20–50:1 | 30–100:1 | 3–6:1 |
| Плотность дефектов (>0.1 μm) | <0.05/см² | 0.05–0.2/см² | <0.02/см² |
| Содержание твёрдых веществ | 2–5 Wt% | 0.5–2 Wt% | 10–30 Wt% |
| d50 абразива | 40–80 nm | 50–150 nm | 30–100 nm |
Полировка оксида межслоевого диэлектрика (ILD)
Для объёмного съёма оксида при CMP ILD суспензии ZrO₂ предлагают средний путь между агрессивным съёмом у церия и более мягким подходом кремнезёма с высокой загрузкой.
Расширенная упаковка — подготовка поверхности для гибридного бондинга
Гибридный бондинг для 3D IC-стекирования требует суб-ангстремной шероховатости поверхности (Ra <0.5 nm). Нано-ZrO₂ с d50 <50 nm оценивается для финишной стадии полировки.
▶Show full content (4 sections)
Технические характеристики нано-ZrO₂ для CMP
| Свойство | Единица | Требование для CMP | Возможности SEMITECH |
|---|---|---|---|
| Чистота ZrO₂ | Wt% | ≥99.9 | ≥99.9 |
| Кристаллическая фаза | — | Моноклинная или тетрагональная | Обе доступны |
| Размер первичных частиц | nm | 20–80 | 20–100 (регулируемый) |
| d50 (в дисперсии) | nm | <80 | 40–80 |
| Удельная площадь поверхности BET | m²/g | 15–60 | 15–80 |
| Содержание Fe | ppm | <10 | <5 |
| Содержание Na | ppm | <10 | <5 |
| Содержание Al | ppm | <20 | <10 |
| Форма частиц | — | Сферическая/равноосная | Равноосная |
Соображения по составлению суспензии
- Регулирование pH: кислый режим (pH 2–5) для STI; нейтральный-щелочной (pH 7–11) для ILD.
- Окислитель: H₂O₂ (0.5–3 Wt%) для стадий металлического CMP.
- ПАВ/диспергатор: полиакриловая кислота или полиакрилат аммония 0.01–0.1 Wt%.
- Хелатирующий агент: аминокислоты (глицин, пролин) или органические кислоты для комплексообразования Cu.
Почему SEMITECH
Цена из Китая на 30–40% ниже японского импорта с документацией по чистоте (полное сканирование металлов методом ICP-OES, PSD методом DLS, идентификация фаз XRD), которую требуют цепочки поставок полупроводников.
Сопутствующие продукты
- Нано-диоксид циркония — нано-ZrO₂ класса CMP: порошок и дисперсии
- Порошок ZrO₂ 3Y-TZP — конструкционная керамика