攻克CMP难关，赋能功率器件性能新飞跃
攻克CMP难关，赋能功率器件性能新飞跃
化学机械抛光（CMP）是功率器件制造过程中的关键步骤，其目的是实现晶圆表面的高精度平坦化。然而，在实际操作中，CMP面临着诸多挑战，如材料去除速率的均匀性、选择性抛光、污染控制、热效应管理以及成本效益优化等。本文将深入探讨这些挑战，并介绍相应的解决方案。
功率器件通常需要大面积的高精度平坦化处理，以确保器件间的均匀性和高性能。CMP过程中，如何在大尺寸晶圆上维持高度一致的材料去除速率，避免“局部凹陷”或“凸起”，是一个巨大挑战，这要求精确控制抛光液的化学成分、研磨颗粒大小与分布、以及抛光压力和速度。
功率器件结构复杂，可能包含多种材料层，如硅、硅锗、氮化镓或碳化硅等。CMP必须具有高度的选择性，即仅去除目标材料而不损伤下层或其他相邻材料。同时，准确判断抛光终点，避免过抛或欠抛，需要高效的在线监测技术和算法支持。
CMP过程中产生的微粒和化学残留物若不被有效控制，极易在器件表面形成缺陷，影响器件的电气性能和可靠性。因此，CMP工艺必须配套严格的清洗步骤和洁净室环境，以减少污染风险。功率器件在工作时会产生大量热量，这对器件的散热设计提出了高要求。CMP过程中，材料的热膨胀系数差异可能导致应力集中，影响器件结构的稳定性和长期可靠性，因此，CMP工艺设计需考虑热效应的影响。
CMP是一个资本密集型和耗材成本高的过程。优化抛光效率，减少材料浪费，同时保持高质量标准，是实现成本效益的关键。这涉及到设备的优化、抛光液配方的持续改进以及工艺流程的精细化管理。为了保证功率器件的长期稳定性和性能，CMP之后的清洗、退火等后处理步骤也至关重要。这些步骤需要精心设计，以消除CMP过程中可能引入的任何损害或污染物。
选择更适应特定材料特性的抛光垫和抛光液，通过调整化学配方来提高选择性，确保高效且精准地去除目标材料，同时保护底层不受损伤。例如，针对SiC或GaN等宽禁带半导体材料，开发专用的CMP溶液以实现更好的抛光效果。
采用更先进的终点检测技术，如光学、电学或力学监测方法，实现实时、精确的抛光终点控制。这有助于减少过度抛光导致的器件性能损失，或因抛光不足而引起的后续工艺问题。通过精细调控CMP过程中的压力、转速、温度等参数，优化抛光速率与平整度之间的平衡。利用先进的过程控制软件，根据实时反馈调整工艺参数，以达到更均匀、更高质量的表面处理效果。
采用更先进的CMP设备，具备更高精度的运动控制系统、更均匀的压力分布系统以及更有效的废物排除系统。创新的工具设计，比如可变密度或结构的抛光垫，能更好地适应不同区域的材料去除需求。实施CMP后表面处理步骤，如特定的清洗方案、表面钝化或晶面重构，以去除残留物、降低表面缺陷率，并恢复或增强半导体表面的电性能。
同时，运用大数据分析和仿真技术预测和优化CMP过程，通过历史数据学习，建立更准确的工艺模型，预测抛光结果，减少试错成本，提升整体效率和良品率。
文章来源：eefocus.com