เทคโนโลยี FA CMP สำหรับประตูอิเล็กทริกคงที่ไดอิเล็กทริกสูงไดอิเล็กทริก/ประตูโลหะ

เทคโนโลยีอิเล็กทริกคงที่ไดอิเล็กทริกสูงและเทคโนโลยีประตูโลหะ (ต่อไปนี้เรียกว่า HKMG) อนุญาตให้กฎของมัวร์ดำเนินการต่อที่โหนด 45/32 นาโนเมตร กระบวนการ HKMG ปัจจุบันมีสองรูปแบบการรวมกระแสหลักคือ "ประตูแรก" และ "ประตูหลัง" [GATE "เรียกว่าประตูที่เปลี่ยนได้ (ต่อไปนี้เรียกว่า RMG) เมื่อใช้กระบวนการนี้ไดอิเล็กทริกคงที่ไดอิเล็กทริกสูงไม่จำเป็นต้องผ่านขั้นตอนอุณหภูมิสูงดังนั้น VT ออฟเซ็ตจึงมีขนาดเล็กและ ความน่าเชื่อถือของชิปสูงกว่าดังนั้นอุตสาหกรรมจึงมีแนวโน้มที่จะเลือกกระบวนการ RMG เมื่อผลิตชิปประสิทธิภาพสูงอย่างไรก็ตามกระบวนการ RMG นั้นเกี่ยวข้องกับขั้นตอนกระบวนการมากขึ้นและเผชิญกับปัญหากระบวนการและข้อ จำกัด ในการออกแบบมากขึ้น ความเรียบเป็นเรื่องยากมากที่จะบรรลุ

การไหลของกระบวนการ RMG ทั่วไปรวมถึง (รูปที่ 1): การก่อตัวของโครงสร้างประตูโพลีซิลิคอนชั่วคราว, การสะสมของอินเตอร์เลย์อิเล็กทริกอินเตอร์เลย์ (ILD0) ซิลิกอนออกไซด์ครั้งแรก, การขัดด้วยกลไกทางเคมีของ ILD0 จนกระทั่งประตูโพลีซิลิคอนชั่วคราว การแกะสลักจะลบประตู polysilicon ขั้วโลกการสะสมของวัสดุฟังก์ชั่นการทำงานการสะสมของอลูมิเนียมโลหะและการขัดกลไกทางเคมีของอลูมิเนียมโลหะ ในฐานะที่เป็นหนึ่งในขั้นตอนกระบวนการ RMG การขัดด้วยกลไกทางเคมีของ ILD0 มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการก่อตัวของโครงสร้าง HKMG ที่ราบรื่น

เนื่องจากโครงสร้างประตูต้องใช้การควบคุมมิติที่เข้มงวดมาก (Wiw และ Wid) การขาดกระบวนการที่ควบคุมความหนาของการขัดขั้นสุดท้ายอย่างเคร่งครัดจะนำไปสู่ชุดของปัญหาการรวมกระบวนการเช่นความผันผวนของความต้านทานต่อประตูและการเติมประตูไม่เพียงพอ การเปิดรับแหล่งที่มา/ท่อระบายน้ำและอื่น ๆ ปัญหาเหล่านี้จะทำลายประสิทธิภาพของชิปในที่สุด เพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยมของชิปกระบวนการผลิตจะต้องควบคุมความแตกต่างของความหนาของ WIW, WID และ WTW อย่างเคร่งครัด

วัสดุประยุกต์ได้พัฒนากระบวนการ CMP สามขั้นตอนบนเครื่องReflexion® LK เพื่อแก้ไขปัญหาการควบคุมความหนา WIW, WID และ WTW ในระหว่างการขัดด้วยกลไกทางเคมีของ ILD0 ขั้นตอนแรก (P1) การบดจะกำจัดวัสดุอิเล็กทริก ILD0 ส่วนใหญ่ ขั้นตอนที่สอง (P2) ยังคงบดด้วย FA หยุดหลังจากติดต่อชั้นซิลิกอนไนไตรด์ในพื้นที่ประตู ขั้นตอนที่สาม (P3) ประตูชั้นซิลิกอนไนไตรด์ในภูมิภาคจะหมดไปอย่างสมบูรณ์และประตู polysilicon จะถูกเปิดเผยอย่างสมบูรณ์ รูปที่ 2 แสดงให้เห็นถึงกระบวนการทั้งหมดของการกำจัดซิลิกาเกรนในพื้นที่ร่องลึกในช่วง ILD0 CMP

รายละเอียดการทดลอง

เครื่องบดของวัสดุReflexion® LK ของวัสดุที่ใช้ประกอบด้วยแผ่นบด FA และแผ่นบดแบบหมุนมาตรฐานสองแผ่นโดยใช้หัวการบด Titan Contourtm ที่ควบคุมแรงดันในห้าโซนแยก (รูปที่ 3) แผ่นดิสก์การบดของ FA นั้นมาพร้อมกับรีลที่มีการขัดถ่วงแบบ slurryfreetm และแผ่นขัดฐาน Slurryfree P6900 จาก 3M แผ่นดิสก์การบดของสารละลายติดตั้งแผ่นขัด IC1010TM ที่ผลิตโดย Dow Chemical Co. , Ltd. และแปรงซ่อมแซมแผ่นขัดเงาที่ผลิตโดย บริษัท 3M P1 ใช้สารละลายซิลิกา SS-12 กึ่งสปอร์เซอร์ที่ผลิตโดย Cabot Corporation; P2 ใช้ FA Slurry; และ P3 ใช้สารละลายเฉพาะ

บทความนี้จะรวมการใช้โครงสร้างประตูที่เรียบง่าย (รูปที่ 4) เพื่อประเมินประสิทธิภาพของกระบวนการที่แตกต่างกัน โครงสร้างของพื้นที่ประตูมาจากบนลงล่าง: ซิลิกอนออกไซด์/ซิลิกอนไนไตรด์/polysilicon/gate ออกไซด์/ซิลิกอนคริสตัลเดี่ยวและ [ร่อง "หมายถึงภูมิภาคระหว่างประตูและประตู (โครงสร้าง: ซิลิกอนออกไซด์)/ซิลิกอน ) ในพื้นที่การวัดที่มีขนาดใหญ่กว่า 50 μmความหนาของฟิล์มถูกวัดโดยใช้ nanotm 9010b จากนาโนเมติกสำหรับจุดวัดที่มีขนาดประตูน้อยกว่า 100 นาโนเมตร ในบทความนี้ส่วนหนึ่งของตัวอย่างได้มาจากการแยกเชิงกลเพื่อให้ได้ส่วนตามยาวของเวเฟอร์; อีกส่วนหนึ่งของตัวอย่างถูกตัดบางส่วนโดยลำแสงไอออนโฟกัส (FIB) เพื่อแสดงส่วนตามยาว

ผลลัพธ์และการอภิปราย

P3 ต้องการสารละลายที่ไม่ได้เลือก

เนื่องจากข้อกำหนดของความเรียบหลังจาก P3 เข้มงวดมากการบดของ P3 จึงมีแนวโน้มที่จะใช้สารละลายที่ไม่ได้เลือก สารละลายมีอัตราการขัดอย่างมากต่อซิลิกอนไนไตรด์, ซิลิกอนออกไซด์และโพลีซิลิกอน ขั้นแรกอัตราการบดของซิลิกอนไนไตรด์จะต้องสูงพอที่จะทำให้แน่ใจว่าได้รับการสัมผัสอย่างสมบูรณ์ของประตูโพลีซิลิคอน หากอัตราการขัดของซิลิกอนออกไซด์ต่ำกว่าของซิลิคอนไนไตรด์และโพลีซิลิกอนอย่างมีนัยสำคัญมันอาจทำให้บริเวณร่องนั้นนูนอย่างมีนัยสำคัญและเสื่อมสภาพด้วยการบดมากเกินไป หากอัตราการขัดของ polysilicon ต่ำกว่าของซิลิคอนไนไตรด์และซิลิกอนออกไซด์อย่างมีนัยสำคัญความแตกต่างของความสูงระหว่างประตูและร่องลึกนั้นไวต่อการบดไม่เพียงพอหรือมากเกินไป การใช้สารละลายที่ไม่ได้เลือกจะช่วยลดการเปลี่ยนแปลงของความแตกต่างความสูงระหว่างประตูและร่องลึกเนื่องจากเวลาการกัด P3 ที่แตกต่างกัน

กระบวนการ P2 FA สามารถลดความแตกต่างของความหนากว้างของร่องซิลิคอนออกไซด์หลังจาก P3

กระบวนการ FA ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการแยกร่องลึกตื้น (STI) FA สามารถเลือกหยุดบนพื้นผิวของซิลิคอนไนไตรด์และแสดงความเรียบของการขัดเงาที่ยอดเยี่ยมและข้อบกพร่องเว้าต่ำ เช่นเดียวกับ STI การบดของ ILD0 ยังรวมถึงขั้นตอนของการหยุดบนพื้นผิวของซิลิกอนไนไตรด์ การสูญเสียซิลิคอนไนไตรด์ต่ำมากและข้อบกพร่องในการหยุดชะงักของซิลิกอนออกไซด์ต่ำมากทำให้ FA เป็นกุญแจสำคัญในการควบคุมความหนาของ WiW และ Wid ในกระบวนการบด ILD0 ในภูมิภาคที่มีความหนาแน่นของประตูเนื่องจากขนาดเล็กข้อบกพร่องเว้ามักจะต่ำโดยไม่คำนึงถึงกระบวนการ FA หรือกระบวนการบดสารละลายที่เลือกสูง (HSS) (รูปที่ 5) อย่างไรก็ตามในภูมิภาคอุปกรณ์ต่อพ่วงขนาดคุณลักษณะอาจถึง 50 ไมครอนหรือมากกว่านั้นกระบวนการบด HSS โดยทั่วไปจะสร้างข้อบกพร่องเว้าที่สำคัญ (> 200?) ในขณะที่กระบวนการบด FA ยังคงรักษาข้อบกพร่องเว้าต่ำ (<50?)

ดังนั้นความแตกต่างของความหนาของขุมขนซิลิคอนออกไซด์ Wid หลังจากกระบวนการ FA และกระบวนการ HSS ถูกนำมาเปรียบเทียบอดีตนั้นต่ำกว่าหลังอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจาก P3 ใช้สารละลายที่ไม่ได้รับการคัดเลือกข้อบกพร่องที่มีความขัดแย้งสูงหลังจาก P2 นำไปสู่ความหนาของความหนาของ Wid Silicon ออกไซด์ที่แตกต่างกันมากหลังจาก P3 (รูปที่ 5) ความแตกต่างของความหนาของ Wid หลังจาก P3 สามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจนจากภาพถ่าย SEM ของส่วนยาวของเวเฟอร์