सिलिकॉन वेफर सीएमपी पॉलिशिंग स्लरी म्हणजे काय?

सिलिकॉन वेफर सीएमपी (केमिकल मेकॅनिकल प्लानरायझेशन) पॉलिशिंग स्लरी हा सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेतील एक महत्त्वाचा घटक आहे. सिलिकॉन वेफर्स—इंटिग्रेटेड सर्किट्स (ICs) आणि मायक्रोचिप तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या—उत्पादनाच्या पुढील टप्प्यांसाठी आवश्यक असलेल्या गुळगुळीतपणाच्या अचूक स्तरावर पॉलिश केले जातात याची खात्री करण्यात ती महत्त्वाची भूमिका बजावते. या लेखात, आम्ही ची भूमिका एक्सप्लोर करूसीएमपी स्लरीसिलिकॉन वेफर प्रोसेसिंगमध्ये, त्याची रचना, ते कसे कार्य करते आणि ते सेमीकंडक्टर उद्योगासाठी का अपरिहार्य आहे.

सीएमपी पॉलिशिंग म्हणजे काय?

आम्ही सीएमपी स्लरीच्या तपशीलांमध्ये जाण्यापूर्वी, सीएमपी प्रक्रिया स्वतःच समजून घेणे आवश्यक आहे. सीएमपी हे सिलिकॉन वेफर्सच्या पृष्ठभागाच्या प्लॅनराइझ (गुळगुळीत) करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या रासायनिक आणि यांत्रिक प्रक्रियेचे संयोजन आहे. वेफर दोषांपासून मुक्त आहे आणि एकसमान पृष्ठभाग आहे याची खात्री करण्यासाठी ही प्रक्रिया महत्त्वपूर्ण आहे, जी नंतरच्या पातळ फिल्म्स आणि एकात्मिक सर्किट्सचे स्तर तयार करणाऱ्या इतर प्रक्रियांसाठी आवश्यक आहे.

सीएमपी पॉलिशिंग सामान्यत: फिरत्या प्लेटवर केले जाते, जेथे सिलिकॉन वेफर जागी धरले जाते आणि फिरत्या पॉलिशिंग पॅडवर दाबले जाते. प्रक्रियेदरम्यान वेफरवर स्लरी लावली जाते ज्यामुळे यांत्रिक ओरखडा आणि वेफरच्या पृष्ठभागावरील सामग्री काढून टाकण्यासाठी आवश्यक असलेल्या रासायनिक अभिक्रिया या दोन्ही सुलभ होतात.

सीएमपी पॉलिशिंग स्लरी हे अपघर्षक कण आणि रासायनिक घटकांचे निलंबन आहे जे इच्छित वेफर पृष्ठभाग वैशिष्ट्ये प्राप्त करण्यासाठी एकत्रितपणे कार्य करतात. CMP प्रक्रियेदरम्यान पॉलिशिंग पॅडवर स्लरी लागू केली जाते, जिथे ती दोन प्राथमिक कार्ये करते:

• यांत्रिक ओरखडा: स्लरीमधील अपघर्षक कण वेफरच्या पृष्ठभागावरील कोणत्याही अपूर्णता किंवा अनियमितता भौतिकरित्या दूर करतात.
• रासायनिक प्रतिक्रिया: स्लरीमधील रासायनिक घटक पृष्ठभागाच्या सामग्रीमध्ये बदल करण्यास मदत करतात, ते काढणे सोपे करतात, पॉलिशिंग पॅडवरील पोशाख कमी करतात आणि प्रक्रियेची एकूण कार्यक्षमता सुधारतात.

सिलिकॉन वेफर सीएमपी स्लरीचे प्रमुख घटक

सीएमपी स्लरीची रचना अपघर्षक क्रिया आणि रासायनिक परस्परसंवादाचा परिपूर्ण संतुलन साधण्यासाठी डिझाइन केली आहे. मुख्य घटकांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

1. अपघर्षक कण

अपघर्षक कण हे स्लरीचे मुख्य घटक आहेत, पॉलिशिंग प्रक्रियेच्या यांत्रिक पैलूसाठी जबाबदार आहेत. हे कण विशेषत: ॲल्युमिना (Al2O3), सिलिका (SiO2) किंवा सेरिया (CeO2) सारख्या पदार्थांपासून बनलेले असतात. ऍप्लिकेशन आणि पॉलिश केलेल्या वेफरच्या प्रकारानुसार अपघर्षक कणांचे आकार आणि प्रकार बदलतात. कण आकार सामान्यतः 50 एनएम ते अनेक मायक्रोमीटरच्या श्रेणीत असतो.

• अल्युमिना-आधारित स्लरीबऱ्याचदा खडबडीत पॉलिशिंगसाठी वापरले जातात, जसे की प्रारंभिक प्लॅनराइझेशन टप्प्यात.
• सिलिका-आधारित स्लरीबारीक पॉलिशिंगसाठी प्राधान्य दिले जाते, विशेषतः जेव्हा अतिशय गुळगुळीत आणि दोषमुक्त पृष्ठभाग आवश्यक असतो.
• Ceria-आधारित स्लरीकधीकधी प्रगत अर्धसंवाहक उत्पादन प्रक्रियेत तांब्यासारख्या पॉलिशिंग सामग्रीसाठी वापरला जातो.

2. केमिकल एजंट (अभिकर्मक)

स्लरीमधील रासायनिक घटक वेफरच्या पृष्ठभागावर बदल करून रासायनिक-यांत्रिक पॉलिशिंग प्रक्रिया सुलभ करतात. या एजंट्समध्ये ऍसिड, बेस, ऑक्सिडायझर किंवा कॉम्प्लेक्सिंग एजंट समाविष्ट असू शकतात जे अवांछित पदार्थ काढून टाकण्यास किंवा वेफरच्या पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये सुधारण्यात मदत करतात.

उदाहरणार्थ:

• हायड्रोजन पेरॉक्साइड (H2O2) सारखे ऑक्सिडायझर वेफरवरील धातूच्या थरांना ऑक्सिडायझ करण्यास मदत करतात, ज्यामुळे त्यांना पॉलिश करणे सोपे होते.
• चेलेटिंग एजंट धातूच्या आयनांना बांधून ठेवू शकतात आणि अवांछित धातू दूषित होण्यास मदत करतात.

वेफरवर पॉलिश केल्या जाणाऱ्या विशिष्ट सामग्री आणि थरांना अनुरूप अपघर्षकता आणि रासायनिक प्रतिक्रिया यांचे योग्य संतुलन साधण्यासाठी स्लरीची रासायनिक रचना काळजीपूर्वक नियंत्रित केली जाते.

3. pH समायोजक

CMP पॉलिशिंग दरम्यान होणाऱ्या रासायनिक अभिक्रियांमध्ये स्लरीचा pH महत्त्वाची भूमिका बजावते. उदाहरणार्थ, उच्च अम्लीय किंवा अल्कधर्मी वातावरण वेफरवरील विशिष्ट धातू किंवा ऑक्साईड स्तरांचे विघटन वाढवू शकते. pH समायोजकांचा वापर स्लरीची आम्लता किंवा क्षारता सुधारण्यासाठी कार्यक्षमतेसाठी अनुकूल करण्यासाठी केला जातो.

4. Dispersants आणि Stabilizers

अपघर्षक कण संपूर्ण स्लरीमध्ये समान रीतीने वितरीत केले जातील आणि एकत्रित होणार नाहीत याची खात्री करण्यासाठी, dispersants जोडले जातात. हे ऍडिटीव्ह स्लरी स्थिर करण्यास आणि त्याचे शेल्फ लाइफ सुधारण्यास देखील मदत करतात. सातत्यपूर्ण पॉलिशिंग परिणाम प्राप्त करण्यासाठी स्लरीची सुसंगतता महत्त्वपूर्ण आहे.

सीएमपी पॉलिशिंग स्लरी कसे कार्य करते?

सीएमपी प्रक्रिया यांत्रिक आणि रासायनिक क्रिया एकत्रित करून पृष्ठभाग प्लॅनराइजेशन साध्य करण्यासाठी कार्य करते. जेव्हा वेफरवर स्लरी लावली जाते, तेव्हा अपघर्षक कण पृष्ठभागावरील सामग्री काढून टाकतात, तर रासायनिक घटक पृष्ठभागावर अशा प्रकारे बदल करतात की ते अधिक सहजपणे पॉलिश केले जाऊ शकते. अपघर्षक कणांची यांत्रिक क्रिया भौतिकरित्या सामग्रीचे स्तर काढून टाकून कार्य करते, तर रासायनिक अभिक्रिया, जसे की ऑक्सिडेशन किंवा एचिंग, विशिष्ट सामग्री मऊ किंवा विरघळवून, त्यांना काढून टाकणे सोपे करते.

सिलिकॉन वेफर प्रक्रियेच्या संदर्भात, सीएमपी पॉलिशिंग स्लरी खालील उद्दिष्टे साध्य करण्यासाठी वापरली जाते:

• सपाटपणा आणि गुळगुळीतपणा: फोटोलिथोग्राफी आणि डिपॉझिशन यांसारख्या चिप फॅब्रिकेशनच्या पुढील चरणांसाठी वेफरला एकसमान, दोषमुक्त पृष्ठभाग असल्याची खात्री करणे महत्वाचे आहे.
• मटेरियल काढणे: स्लरी वेफरच्या पृष्ठभागावरील अवांछित फिल्म्स, ऑक्साइड किंवा धातूचे थर काढून टाकण्यास मदत करते.
• पृष्ठभागावरील दोष कमी: योग्य स्लरी रचना स्क्रॅचिंग, पिटिंग आणि इतर दोष कमी करण्यास मदत करते ज्यामुळे एकात्मिक सर्किट्सच्या कार्यक्षमतेवर नकारात्मक परिणाम होऊ शकतो.

वेगवेगळ्या सेमीकंडक्टर मटेरियलला वेगवेगळ्या CMP स्लरींची आवश्यकता असते, कारण प्रत्येक मटेरियलमध्ये वेगळे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म असतात. सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये गुंतलेली काही प्रमुख सामग्री आणि त्यांना पॉलिश करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या स्लरींचे प्रकार येथे आहेत:

1. सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2)

सिलिकॉन डायऑक्साइड सेमीकंडक्टर उत्पादनात वापरल्या जाणाऱ्या सर्वात सामान्य सामग्रींपैकी एक आहे. सिलिका-आधारित सीएमपी स्लरी सामान्यत: सिलिकॉन डायऑक्साइड स्तर पॉलिश करण्यासाठी वापरली जातात. या स्लरी सामान्यत: सौम्य असतात आणि अंतर्निहित स्तरांचे नुकसान कमी करताना गुळगुळीत पृष्ठभाग तयार करण्यासाठी डिझाइन केलेले असतात.

2. तांबे

इंटरकनेक्टमध्ये कॉपरचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो आणि त्याची CMP प्रक्रिया त्याच्या मऊ आणि चिकट स्वभावामुळे अधिक जटिल आहे. कॉपर सीएमपी स्लरी सामान्यत: सेरिया-आधारित असतात, कारण तांबे आणि इतर धातू पॉलिश करण्यासाठी सेरिया अत्यंत प्रभावी आहे. या स्लरी तांबे साहित्य काढून टाकण्यासाठी डिझाइन केल्या आहेत आणि आसपासच्या डायलेक्ट्रिक थरांना जास्त पोशाख किंवा नुकसान टाळतात.

3. टंगस्टन (डब्ल्यू)

टंगस्टन ही आणखी एक सामग्री आहे जी सामान्यतः सेमीकंडक्टर उपकरणांमध्ये वापरली जाते, विशेषत: संपर्क मार्गामध्ये आणि फिलिंगद्वारे. टंगस्टन सीएमपी स्लरीमध्ये बऱ्याचदा अपघर्षक कण असतात जसे की सिलिका आणि विशिष्ट रासायनिक घटक अंतर्भूत स्तरांवर परिणाम न करता टंगस्टन काढण्यासाठी डिझाइन केलेले असतात.

सीएमपी पॉलिशिंग स्लरी का महत्त्वाची आहे?

सीएमपी स्लरी हे सुनिश्चित करण्यासाठी अविभाज्य आहे की सिलिकॉन वेफरची पृष्ठभाग मूळ आहे, जी अंतिम सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या कार्यक्षमतेवर आणि कार्यक्षमतेवर थेट परिणाम करते. जर स्लरी काळजीपूर्वक तयार केली गेली नाही किंवा लागू केली गेली नाही, तर ते दोष, खराब पृष्ठभाग सपाटपणा किंवा दूषित होऊ शकते, या सर्वांमुळे मायक्रोचिपच्या कार्यक्षमतेत तडजोड होऊ शकते आणि उत्पादन खर्च वाढू शकतो.

उच्च-गुणवत्तेची सीएमपी स्लरी वापरण्याच्या काही फायद्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• सुधारित वेफर उत्पन्न: योग्य पॉलिशिंग अधिक वेफर्स आवश्यक वैशिष्ट्यांची पूर्तता करते, दोषांची संख्या कमी करते आणि एकूण उत्पन्न सुधारते याची खात्री करते.
• वाढलेली प्रक्रिया कार्यक्षमता: योग्य स्लरी पॉलिशिंग प्रक्रियेला अनुकूल करू शकते, वेफरच्या तयारीशी संबंधित वेळ आणि खर्च कमी करते.
• वर्धित उपकरण कार्यप्रदर्शन: एकात्मिक सर्किट्सच्या कार्यक्षमतेसाठी एक गुळगुळीत आणि एकसमान वेफर पृष्ठभाग महत्त्वपूर्ण आहे, प्रक्रिया शक्तीपासून ऊर्जा कार्यक्षमतेपर्यंत प्रत्येक गोष्टीवर परिणाम करते.