Chemisch-mechanisches Polieren (CMP)

Chemisch-mechanisches Polieren ist eine Schlüsseltechnologie bei der Herstellung und Bearbeitung von Siliziumwafern und anderen Halbleitermaterialien. CMP gehört zu den Technologien, die die Realisierung von modernsten mikroelektronischen Bauteilen und mikro-elektro-mechanischen Systemen (MEMS) überhaupt erst ermöglichen.

In der Halbleitertechnologie ist CMP die Methode der Wahl, wenn Oberflächen mit hoher Präzision planarisiert und geglättet werden müssen. Planare und sehr glatte Oberflächen sind z.B. Vorbedingung für Photolithographieprozesse bei der Herstellung von modernen integrierten Schaltungen (ICs), da die Tiefenschärfe von hochauflösenden Steppern oder Scannern sehr begrenzt und die Abbildung von Strukturen mit kleinsten Breiten nur auf sehr ebenen Oberflächen möglich sind. Heutige state-of-the-art Schaltkreise mit 10 oder mehr Verdrahtungsebenen und kleinsten Linienbreiten von 10 nm können daher nur unter Verwendung von CMP gefertigt werden. Der Ersatz von Aluminium-Leiterbahnen durch eine Kupfermetallisierung für sehr schnelle Schaltkreise im GHz-Bereich ist nur durch den Einsatz der sogenannten Damascene-Technologie möglich, bei der das Rückpolieren von eingebetteten Metallbahnen mittels CMP eine entscheidende Rolle spielt.

Chemisch-mechanisches Polieren ist eine Kombination aus mechanischem Abtrag durch Abrasivpartikel und einem gleichzeitigen chemischen Ätzangriff der zu polierenden Oberfläche durch entsprechende chemische Komponenten. Mittels CMP können Oberflächen mit lokalen Rauheiten im einstelligen Angström-Bereich und eine globale Resttopographie über den Wafer im zweistelligen Nanometerbereich erzielt werden.

Neben Anwendungen auf dem Gebiet der Mikroelektronik hat CMP mittlerweile seinen Weg in die Herstellung von Mikrosystemen gefunden, wo immer ebene und glatte Oberflächen benötigt werden, z.B. beim Waferbonden, bei optischen Bauelementen oder bei verschiedenen anderen neuen Herstellungstechniken. Seit einiger Zeit sind CMP-Prozesse auch beim Finishing von Waferdünn-Prozessen und der Herstellung von vertikalen Kontakten durch den Siliziumwafer (Through-Silicon Vias (TSVs) oder Through-Glass Vias (TGVs)) verstärkt ins Blickfeld gerückt.

Die am ISIT verfügbaren CMP-Anlagen:

Peter Wolters PM200 Clustertool (metallkontaminiert) für 4“, 6“ und 8“ Wafer im manuellen Handling
EBARA FREX200 Clustertool (ein Track CMOS kompatibel und ein Track metallkontaminiert) für 8“ Wafer zur industriellen Produktion
6“ Logitech Tischpolierer für einfache Abtragstests

Verfügbare Messtechnik:

Sentech-Axiotron (mit Zeiss-Mikroskop) zur Vermessung von transparenten Schichten (Oxid, Silizium, Nitride bis zu begrenzten Dicken)
CDE Resmap 278 4-Point-Prober (Vierpunktsonde) zur Schichtdickenmessung von leitenden Schichten
Sartorius Analysewaage für gravimetrisches Messen von Schichtabträgen über spezifische Materialdichte
Dektak Profilometer zur topographischen Vermessung von Oberflächen
Optische Kontrolle von Oberflächen durch Haze Lampe auf ungewollte Partikel und Nanorauheiten
Zeiss-Mikroskop mit Dunkelfeld
Weißlicht Interferometer zur Vermessung von Rauheiten der Oberflächen (außer Oxid)
Rasterkraftmikroskop zur Vermessung von Nanotopographien und Rauheit der Oberflächen
Surfscan zur automatischen Vermessung von Reinheit der Oberflächen

Waferreinigung:

Mega-/Ultrasonic Reinigung
Semitool SAT für 4“, 6“ und 8“ Wafer
Scrubber-Reinigung (PVA-Brushes) für 6“ und 8“ Wafer

Am ISIT durch CMP bearbeitbare Materialien

(es darf kein offenliegendes Gold im CMP-Reinraum gehandelt werden):

Silizium (Mono, Poly, Epi-Poly, amorph, mit Fremdstoffen wie z.B. mit Bor, Phosphor, Germanium dotiertes Material)
Oxid (thermisch, TEOS, PE, LP, etc.)
Glas (Quarz, EagleXF, Borofloat, BPSG, etc.)
Nitrid (SiN, AlN, TiN, TaN, GaN, etc)
Metall (Al, W, Cu, Ti, Ni, Mo, etc,)
Kunstoff (Polyimid, BCB, etc.)

Anwendungsgebiete:

Waferdünnen, Oberflächenglättung