Hogyan alakítja át a CMP technológia a chipgyártás táját?

Az elmúlt néhány évben a csomagolástechnika középpontja fokozatosan átadódott egy látszólag "régi technológiának" -CMP(Vegyi mechanikai polírozás). Amikor a hibrid kötés a fejlett csomagolások új generációjának vezető szerepévé válik, a CMP fokozatosan a színfalak mögül a reflektorfénybe kerül.

Ez nem a technológia újjáéledése, hanem az ipari logikához való visszatérés: minden generációs ugrás mögött a részletes képességek kollektív fejlődése áll. A CMP pedig az a legalacsonyabb, mégis rendkívül döntő fontosságú „Részletek királya”.

A hagyományos lapítástól a kulcsfolyamatokig

A CMP létezése kezdettől fogva soha nem az "innovációt" szolgálta, hanem a "problémamegoldást".

Emlékszel még a több fémből álló összekapcsolási struktúrákra a 0,8μm, 0,5μm és 0,35μm csomóponti periódusokban? Akkoriban a chiptervezés bonyolultsága sokkal kisebb volt, mint manapság. De még a legalapvetőbb összekötő réteg esetében is, a CMP által hozott felületi síkosítás nélkül, a fotolitográfiához való elégtelen fókuszmélység, az egyenetlen maratási vastagság és a meghibásodott rétegközi kapcsolatok mind végzetes problémákat okoznának.

A Moore-törvény utáni korszakba lépve már nem pusztán a chipméret csökkentésére törekszünk, hanem nagyobb figyelmet fordítunk a rendszerszintű halmozásra és integrációra. Hybrid Bonding, 3D DRAM, CUA (CMOS under array), COA (CMOS over array)... Az egyre bonyolultabb háromdimenziós struktúrák miatt a "sima interfész" már nem ideális, hanem szükségszerű.

A CMP azonban már nem egy egyszerű planarizálási lépés; a gyártási folyamat sikerének vagy kudarcának döntő tényezőjévé vált.

A hibrid kötés lényegében egy fém-fém + dielektromos réteg kötési folyamat az interfész szintjén. „Fitt”-nek tűnik, de valójában ez az egyik legigényesebb kapcsolódási pont az egész fejlett csomagolóipari útvonalon:

• A felületi érdesség nem haladhatja meg a 0,2 nm-t
• A Copper Dishing-et 5 nm-en belül kell szabályozni (különösen alacsony hőmérsékletű izzítás esetén)
• A rézpárna mérete, eloszlási sűrűsége és geometriai morfológiája közvetlenül befolyásolja az üreg arányát és a hozamot
• Az ostyafeszültség, az ív, a vetemedés és a vastagság egyenetlensége mind „végzetes változóként” lesz felnagyítva.
• Az oxidrétegek és az üreg keletkezésének a lágyítási folyamat során szintén a CMP "előtemetett irányíthatóságára" kell támaszkodnia.

És a CMP itt átveszi a záró lépés szerepét a "nagy finálé" előtt.

Az, hogy a felület elég lapos-e, elég fényes-e a réz és elég kicsi-e az érdesség, meghatározza az összes későbbi csomagolási folyamat "kiinduló vonalát".

A folyamat kihívásai: Nem csak az egységesség, hanem a "kiszámíthatóság" is

Az Applied Materials megoldási útjából a CMP kihívásai messze túlmutatnak az egységességen:

• Tételről tételre (kötegek között)
• Ostya-ostya (ostyák között
• A Waferen belül
• Die belül

Mindeközben a folyamat csomópontjainak előrehaladtával az Rs (lapellenállás) szabályozásának, az adagolási/mélyedési pontosságnak és az Ra érdességnek minden mutatójának "nanométer szintű" pontossággal kell lennie. Ez már nem eszközparaméter-beállítással megoldható probléma, hanem rendszerszintű kollaboratív vezérlés:

• A CMP egypontos eszközfolyamatból rendszerszintű műveletté fejlődött, amely észlelést, visszacsatolást és zárt hurkú vezérlést igényel.
• Az RTPC-XE valós idejű felügyeleti rendszertől a többzónás fejrésznyomás-szabályozásig, a Slurry formulától a Pad kompressziós arányig minden változó pontosan modellezhető egyetlen cél elérése érdekében: hogy a felületet "egyenletessé és szabályozhatóvá" tegyük, mint egy tükör.

A fémösszeköttetések „fekete hattyúja”: lehetőségek és kihívások a kis rézrészecskék számára

Egy másik kevéssé ismert részlet, hogy a Small Grain Cu az alacsony hőmérsékletű hibrid kötés fontos anyagútjává válik.

Miért? Mivel a kis szemcsés réz alacsony hőmérsékleten nagyobb valószínűséggel hoz létre megbízható Cu-Cu kapcsolatokat.

A probléma azonban az, hogy a kis szemcsés réz hajlamosabb a Dishing-re a CMP-folyamat során, ami közvetlenül a folyamatablak összehúzódásához és a folyamatvezérlési nehézségek meredek növekedéséhez vezet. Megoldás? Csak egy precízebb CMP-paraméter-modellezés és visszacsatolás-ellenőrző rendszer tudja biztosítani, hogy a polírozási görbék különböző Cu-morfológiai körülmények között előre jelezhetők és szabályozhatók legyenek.

Ez nem egypontos folyamatkihívás, hanem a folyamatplatform képességeinek kihívása.

A Vetek cég gyártással foglalkozikCMP polírozó zagy, Alapvető funkciója az anyag felületének finom simítása és polírozása a kémiai korrózió és a mechanikai csiszolás szinergikus hatása alatt, hogy megfeleljen a síkosság és a felület minőségi követelményeinek nano szinten.