Jak technologia CMP zmienia krajobraz produkcji chipów

W ciągu ostatnich kilku lat centralny etap technologii pakowania był stopniowo ustępowany pozornie „starej technologii” –CMP(Polerowanie chemiczne i mechaniczne). Kiedy łączenie hybrydowe staje się wiodącą rolą nowej generacji zaawansowanych opakowań, CMP stopniowo wychodzi zza kulis na światło reflektorów.

Nie jest to odrodzenie technologii, ale powrót do logiki przemysłowej: za każdym skokiem pokoleniowym kryje się zbiorowa ewolucja szczegółowych możliwości. A CMP jest tym najbardziej dyskretnym, a zarazem niezwykle istotnym „Królem Detalów”.

Od tradycyjnego spłaszczania po kluczowe procesy

Istnienie CMP od samego początku nie służyło „innowacyjności”, ale „rozwiązywaniu problemów”.

Czy pamiętasz jeszcze wielometalowe struktury połączeń w okresach węzłów 0,8 μm, 0,5 μm i 0,35 μm? W tamtych czasach złożoność projektowania chipów była znacznie mniejsza niż obecnie. Jednak nawet w przypadku najbardziej podstawowej warstwy łączącej, bez planaryzacji powierzchni zapewnianej przez CMP, niewystarczająca głębia ostrości dla fotolitografii, nierówna grubość trawienia i uszkodzone połączenia międzywarstwowe byłyby fatalnymi problemami.

Wkraczając w erę po wprowadzeniu prawa Moore'a, nie dążymy już jedynie do zmniejszania rozmiaru chipa, ale zwracamy większą uwagę na układanie i integrację na poziomie systemu. Łączenie hybrydowe, 3D DRAM, CUA (CMOS pod macierzą), COA (CMOS nad macierzą)... Coraz bardziej złożone struktury trójwymiarowe sprawiły, że „płynny interfejs” nie jest już ideałem, ale koniecznością.

Jednak CMP nie jest już prostym etapem planaryzacji; stało się czynnikiem decydującym o sukcesie lub porażce procesu produkcyjnego.

Klejenie hybrydowe to zasadniczo proces łączenia metalu z metalem i warstwą dielektryka na poziomie styku. Wydaje się, że „pasuje”, ale w rzeczywistości jest to jeden z najbardziej wymagających punktów sprzęgających na całej trasie zaawansowanego przemysłu opakowaniowego:

• Chropowatość powierzchni nie może przekraczać 0,2 nm
• Naczynie miedziane musi być kontrolowane w promieniu 5 nm (szczególnie w scenariuszu wyżarzania w niskiej temperaturze)
• Rozmiar, gęstość dystrybucji i morfologia geometryczna podkładki Cu bezpośrednio wpływają na szybkość i wydajność ubytków
• Naprężenie płytki, wygięcie, wypaczenie i niejednorodność grubości zostaną powiększone jako „zmienne krytyczne”
• Tworzenie się warstw tlenku i pustych przestrzeni podczas procesu wyżarzania musi również opierać się z góry na „wstępnej kontroli” CMP.

A CMP tutaj przejmuje rolę ruchu zamykającego przed „wielkim ruchem finałowym”

To, czy powierzchnia jest wystarczająco płaska, czy miedź jest wystarczająco jasna i czy chropowatość jest wystarczająco mała, wyznacza „linię startu” wszystkich kolejnych procesów pakowania.

Wyzwania procesowe: nie tylko jednolitość, ale także „przewidywalność”

Jeśli chodzi o ścieżkę rozwiązań Applied Materials, wyzwania stojące przed CMP wykraczają daleko poza jednolitość:

• Partia do partii (między partiami)
• Wafel w wafel (między waflami
• W ramach Wafla
• Wewnątrz Die

Tymczasem w miarę postępu węzłów procesowych każdy wskaźnik kontroli Rs (oporności arkusza), dokładności zagłębienia/wgłębienia i chropowatości Ra musi mieć precyzję „na poziomie nanometra”. Nie jest to już problem, który można rozwiązać poprzez dostosowanie parametrów urządzenia, ale raczej wspólne sterowanie na poziomie systemu:

• CMP ewoluowało od jednopunktowego procesu urządzenia do działania na poziomie systemu, które wymaga percepcji, informacji zwrotnej i kontroli w pętli zamkniętej.
• Od systemu monitorowania w czasie rzeczywistym RTPC-XE po kontrolę ciśnienia w głowicy wielostrefowej, od formuły zawiesiny po stopień kompresji Pad, każdą zmienną można precyzyjnie modelować, aby osiągnąć jeden cel: sprawić, że powierzchnia będzie „jednolita i możliwa do kontrolowania” jak lustro.

„Czarny łabędź” połączeń metali: szanse i wyzwania dla małych cząstek miedzi

Innym mało znanym szczegółem jest to, że drobnoziarnista Cu staje się ważnym materiałem do niskotemperaturowego klejenia hybrydowego.

Dlaczego? Ponieważ miedź drobnoziarnista z większym prawdopodobieństwem tworzy niezawodne połączenia Cu-Cu w niskich temperaturach.

Problem polega jednak na tym, że miedź drobnoziarnista jest bardziej podatna na Dishing podczas procesu CMP, co bezpośrednio prowadzi do zawężenia okna procesowego i gwałtownego wzrostu trudności kontroli procesu. Rozwiązanie? Tylko bardziej precyzyjne modelowanie parametrów CMP i system kontroli ze sprzężeniem zwrotnym mogą zapewnić przewidywalność i możliwość regulacji krzywych polerowania w różnych warunkach morfologii Cu.

Nie jest to wyzwanie związane z procesem jednopunktowym, ale wyzwaniem dla możliwości platformy procesowej.

Firma Vetek specjalizuje się w produkcjiZawiesina polerska CMPJego podstawową funkcją jest osiągnięcie doskonałej płaskości i polerowania powierzchni materiału w wyniku synergistycznego efektu korozji chemicznej i szlifowania mechanicznego, aby spełnić wymagania dotyczące płaskości i jakości powierzchni na poziomie nano.