Jak technologie CMP přetváří krajinu výroby čipů

Během několika posledních let byla ústřední fáze obalové technologie postupně postoupena zdánlivě „staré technologii“ –CMP(Chemické mechanické leštění). Když se Hybrid Bonding stává hlavní rolí nové generace pokročilých obalů, CMP se postupně přesouvá ze zákulisí do centra pozornosti.

Nejde o oživení technologie, ale o návrat k průmyslové logice: za každým generačním skokem se skrývá kolektivní evoluce detailních schopností. A CMP je tím nejpodceňovanějším, ale extrémně zásadním „králem detailů“.

Od tradičního zploštění až po klíčové procesy

Existence CMP od samého počátku nikdy nebyla pro „inovaci“, ale pro „řešení problémů“.

Pamatujete si ještě na vícekovové propojovací struktury během období uzlů 0,8μm, 0,5μm a 0,35μm? Tehdy byla složitost návrhu čipů mnohem menší než dnes. Ale i pro tu nejzákladnější propojovací vrstvu, bez plošné planarizace, kterou přináší CMP, by nedostatečná hloubka ostrosti pro fotolitografii, nerovnoměrná tloušťka leptání a neúspěšné mezivrstvové spoje byly fatálními problémy.

Vstupujeme do éry po Moorově zákoně a již se nesnažíme pouze zmenšit velikost čipu, ale věnujeme větší pozornost stohování a integraci na systémové úrovni. Hybrid Bonding, 3D DRAM, CUA (CMOS under array), COA (CMOS over array)... Stále složitější trojrozměrné struktury učinily „hladké rozhraní“ již ne ideálem, ale nutností.

CMP však již není jednoduchým krokem planarizace; stal se rozhodujícím faktorem úspěchu či neúspěchu výrobního procesu.

Hybridní spojování je v podstatě proces spojování kov-kov + dielektrická vrstva na úrovni rozhraní. Vypadá to jako „fit“, ale ve skutečnosti je to jeden z nejnáročnějších spojovacích bodů na celé cestě pokročilého obalového průmyslu:

• Drsnost povrchu nesmí překročit 0,2 nm
• Copper Dishing musí být řízen v rámci 5nm (zejména ve scénáři nízkoteplotního žíhání)
• Velikost, hustota distribuce a geometrická morfologie Cu polštářku přímo ovlivňují míru kavity a výtěžnost
• Nerovnoměrnost namáhání plátku, prohnutí, deformace a tloušťky budou všechny zvětšeny jako „smrtelné proměnné“
• Vytváření oxidových vrstev a dutin během procesu žíhání se také musí předem spoléhat na „kontrolovatelnost předem pohřbených“ CMP.

A CMP zde přebírá roli závěrečného tahu před „tahem velkého finále“

Zda je povrch dostatečně plochý, zda je měď dostatečně lesklá a zda je drsnost dostatečně malá, určuje „startovací čáru“ všech následujících balicích procesů.

Procesní výzvy: Nejen uniformita, ale také „předvídatelnost“

Z cesty řešení Applied Materials sahají výzvy CMP daleko za jednotnost:

• Lot-to-Lot (mezi dávkami)
• Wafer-to-Wafer (mezi oplatkami
• V rámci oplatky
• V rámci Die

Mezitím, jak procesní uzly postupují, je vyžadováno, aby každý indikátor kontroly Rs (odpor plechu), přesnosti vyklenutí/zahloubení a drsnosti Ra byl na "nanometrové úrovni". Toto již není problém, který lze vyřešit úpravou parametrů zařízení, ale spíše kolaborativní řízení na úrovni systému:

• CMP se vyvinul z procesu jednobodového zařízení na akci na úrovni systému, která vyžaduje vnímání, zpětnou vazbu a řízení v uzavřené smyčce.
• Od monitorovacího systému RTPC-XE v reálném čase po ovládání tlaku přepážky Multi-Zone Head, od vzorce Slurry po kompresní poměr podložky, každou proměnnou lze přesně modelovat jen za účelem dosažení jednoho cíle: aby byl povrch „jednotný a ovladatelný“ jako zrcadlo.

„Černá labuť“ kovových propojení: Příležitosti a výzvy pro malé částice mědi

Dalším málo známým detailem je, že Small Grain Cu se stává důležitou cestou materiálu pro nízkoteplotní hybridní lepení.

Proč? Protože měď s malými zrny vytváří při nízkých teplotách spolehlivá spojení Cu-Cu.

Problém je však v tom, že měď s malými zrny je během procesu CMP náchylnější k Dishingu, což přímo vede ke zmenšení procesního okna a prudkému nárůstu obtížnosti řízení procesu. Řešení? Pouze přesnější modelování parametrů CMP a systém řízení zpětné vazby může zajistit, že křivky leštění za různých podmínek morfologie Cu jsou předvídatelné a nastavitelné.

Nejedná se o jednobodovou procesní výzvu, ale o výzvu pro schopnosti procesní platformy.

Firma Vetek se specializuje na výrobuCMP leštící kaše,Jeho hlavní funkcí je dosáhnout jemné rovinnosti a leštění povrchu materiálu za synergického účinku chemické koroze a mechanického broušení, aby byly splněny požadavky na rovinnost a kvalitu povrchu na nano úrovni.