一文講清楚CMP過濾工藝

更新時間：2023-04-03瀏覽：2774次

　　CMP過濾是諸多半導體過濾工藝中比較有趣且特殊的的一環。它不同于其他過濾工藝，對固體雜質要求“寧錯殺，不放過”，在CMP Slurry 過濾中，我們理想的狀態是“不放過一個壞人，不冤枉一個好人”。

　　概念簡述

　　CMP全稱化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)或者叫化學機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。是一個化學腐蝕+物理研磨的平坦化過程，可以把表面粗糙度打磨到1納米以下。

　　CMP工藝在半導體生產中有著舉足輕重的地位。半導體工藝，對晶圓表面的平坦度有著幾近苛刻的要求，這是因為在光刻的時候，需要晶圓表面絕對的平坦，才能才能保證光刻圖像清晰不失焦。

光刻機鏡片粗糙度RMS小于0.05nm

　　不僅晶圓需要CMP打磨，濕法刻蝕后要打磨緊致腐蝕的粗糙面方便涂膠沉積；淺槽割離(SEI)后要打磨，磨平多余的氧化硅，完成溝槽填充；金屬沉積后要打磨，去除溢出的金屬層，防止器件短路

　　CMP過濾要點

　　①　　Filtration Retention

　　Cmp漿料過濾與其他料液過濾要求不同，在CMP Slurry過濾工藝中，理想狀態下，我們希望直徑大于某個值的顆粒能被過濾，而小于這個值的顆粒則保留，使研磨液的平坦化效果達到最佳。

　　在實際工序中很難達到這一理想狀態，部分符合工藝要求的顆粒會被截留，造成性能損失；部分超過要求直徑的顆粒會流入后端，造成表面缺陷。

　　下圖三條曲線紅色表示常規過濾器對不同直徑顆粒過濾比率，紫色表示理想狀態下不同直徑顆粒被濾除的比率，藍色表示實際CMP過濾工藝對不同直徑顆粒的過濾比。我們由圖可知，在實際過濾工藝中，仍然有一部分合格的研磨顆粒被濾除，而一部分直徑過大的顆粒流入過濾器下游。

　　②　　Shear Stress Effect

　　CMP漿料過濾的一個難點在于，經過優異的過濾工藝，Slurry中的大顆粒都被濾除，但保留下來的小顆粒會在應力作用下聚結成團，變成能對晶圓表面造成損傷的大顆粒。

　　造成這個現象的原因，除了有納米級顆粒自身的吸附力外，過濾纖維的剪應力也會擠壓小顆粒成團。因此減少應力是CMP過濾工藝的重點。

　　下圖表示不同應力下顆粒聚團的數值。

　　③　　Idle effect-Filtration

　　在靜置過程中，研磨液中固體顆粒的尺寸會變大，將會影響漿料在研磨過程中的性能。因此大部分半導體廠家會將研磨液在容器罐中不斷循環過濾，以避免結團的比率。

　　大立解決方案

　　大立為半導體工藝中的CMP過濾研制PSWM系列濾芯。

　　PSWM系列濾芯采用納米級纖維膜，具有更低的流量壓差，在減少應力、降低顆粒結團比率的同時，有效延長了濾芯使用壽命。

　　PSWM由內到外的梯度結構，能實現對CMP的slurry精準過濾，高效攔截大顆粒，放行有效顆粒。