Vloga preciznega brušenja mikropraha rjavega taljenega aluminijevega oksida v polprevodniški industriji
Prijatelji, danes se bomo pogovarjali o nečem tako hardcore kot prizemljenem—rjav taljeni aluminijev mikroprahMorda še niste slišali zanj, toda najpomembnejši in najbolj občutljivi čipi v vašem telefonu in pametni uri so se verjetno že pred izdelavo spopadli s tem. Ni pretiravanje, če ga imenujemo »glavni lepotec« čipa.
Ne predstavljajte si ga kot grobo orodje, kot je brusni kamen. V svetu polprevodnikov igra tako občutljivo vlogo kot mikro-kipar, ki uporablja nanoskope.
I. Čipovo »oblikovanje obraza«: Zakaj je brušenje potrebno?
Najprej razumejmo eno stvar: čipi ne rastejo neposredno na ravnih tleh. »Zgrajeni« so plast za plastjo na izjemno čisti, ravni silicijevi rezini (kar imenujemo »rezina«), kot pri gradnji stavbe. Ta »stavba« ima na desetine nadstropij, vezje v vsakem nadstropju pa je tanjše od tisočinke debeline človeškega lasu.
Problem je torej v tem: če je pri gradnji novega nadstropja temelj – površina prejšnjega nadstropja – vsaj malo neraven, celo z izboklino, majhno kot atom, lahko to povzroči, da je celotna stavba ukrivljena, da pride do kratkega stika in da so odkruški neuporabni. Izgube niso šala.
Zato moramo po vsakem dokončanem nadstropju opraviti temeljito »čiščenje« in »izravnavanje«. Ta postopek ima domiselno ime: »kemično-mehanska planarizacija«, skrajšano CMP. Čeprav se ime sliši zapleteno, načela ni težko razumeti: gre za kombinacijo kemične korozije in mehanske abrazije.
Kemični "udarec" uporablja posebno polirno tekočino za mehčanje in korodiranje materiala, ki ga je treba odstraniti, zaradi česar je bolj "mehak".
V igro pride mehanski "udarec" -rjavi korund mikroprahNjegova naloga je, da s fizikalnimi metodami natančno in enakomerno »postrga« material, ki ga je kemični postopek »zmehčal«.
Morda se sprašujete, zakaj ravno ta, saj je na voljo toliko abrazivov? Tukaj pridejo do izraza njegove izjemne lastnosti.
II. »Mikroniziran prah, ki ni tako mikroniziran«: edinstvena veščina rjavega taljenega aluminijevega oksida
V polprevodniški industriji mikroniziran prah rjavega taljenega aluminijevega oksida ni običajen izdelek. Gre za enoto »posebnih sil«, skrbno izbrano in izpopolnjeno.
Prvič, je dovolj težko, vendar ne nepremišljeno.Rjavi taljeni aluminijev oksidTrdota je druga najbolj za diamantom, več kot dovolj velika za obdelavo pogosto uporabljenih materialov, kot so silicij, silicijev dioksid in volfram. Ključno pa je, da je njegova trdota "žilava". Za razliko od nekaterih trših materialov (kot je diamant), ki so krhki in se pod pritiskom zlahka zlomijo, rjavi taljeni aluminijev oksid ohranja svojo celovitost, hkrati pa zagotavlja rezalno silo in se izogiba temu, da bi postal "destruktivni element".
Drugič, njegova ozka velikost delcev zagotavlja enakomerno rezanje. To je najpomembnejša točka. Predstavljajte si, da poskušate polirati dragoceni žad s kupom kamnov različnih velikosti. Večji kamni bi neizogibno pustili globoke jamice, medtem ko bi bili manjši morda premajhni za obdelavo. V postopkih CMP (kemično-mehanskega poliranja) je to absolutno nesprejemljivo. Rjavi taljeni aluminijev oksid, mikroprah, ki se uporablja v polprevodnikih, mora imeti izjemno ozko porazdelitev velikosti delcev. To pomeni, da so skoraj vsi delci približno enake velikosti. To zagotavlja, da se na tisoče delcev mikroprahu premika soglasno po površini rezine in enakomerno pritiska, da ustvari brezhibno površino, ne pa žebljasto. Ta natančnost je na nanometrski ravni.
Tretjič, gre za kemično »pošteno« sredstvo. Pri proizvodnji čipov se uporablja širok spekter kemikalij, vključno s kislim in alkalnim okoljem. Mikroprah rjavega taljenega aluminijevega oksida je kemično zelo stabilen in ne reagira zlahka z drugimi komponentami v polirni tekočini, kar preprečuje vnos novih nečistoč. Je kot delaven, skromni zaposleni – oseba, ki jo imajo šefi (inženirji) radi.
Četrtič, njegova morfologija je nadzorovana, kar ustvarja "gladke" delce. Napredni mikroprah rjavega taljenega aluminijevega oksida lahko celo nadzoruje "obliko" (ali "morfologijo") delcev. S posebnim postopkom se lahko delci z ostrimi robovi preoblikujejo v skoraj sferične ali poliedrske oblike. Ti "gladki" delci učinkovito zmanjšajo učinek "žlebljenja" na površini rezine med rezanjem, kar znatno zmanjša tveganje za praske.
III. Uporaba v resničnem svetu: »Tiha dirka« na proizvodni liniji CMP
Na proizvodni liniji CMP so rezine trdno pritrjene z vakuumskimi vpenjali, s površino navzdol, in pritisnjene na vrtečo se polirno blazinico. Polirna tekočina, ki vsebuje mikroprah rjavega taljenega aluminijevega oksida, se neprekinjeno razpršuje kot fina meglica med polirno blazinico in rezino.
Na tej točki se v mikroskopskem svetu začne »tekma natančnosti«. Milijarde delcev mikroprahu rjavega taljenega aluminijevega oksida pod pritiskom in vrtenjem izvajajo milijone nanometrskih rezov na sekundo na površini rezine. Premikati se morajo usklajeno, kot disciplinirana vojska, in gladko napredovati, pri čemer »sploščijo« visoka območja in »pustijo prazna« nizka območja.
Celoten postopek mora biti nežen kot spomladanski vetrič, ne pa kot divja nevihta. Prekomerna sila lahko opraska ali ustvari mikrorazpoke (imenovane »poškodbe pod površino«); nezadostna sila vodi do nizke učinkovitosti in moti proizvodne načrte. Zato natančen nadzor nad koncentracijo, velikostjo delcev in morfologijo rjavega taljenega aluminijevega mikropraha neposredno določa končni izkoristek in zmogljivost odrezka.
Od začetnega grobega poliranja silicijevih rezin do planarizacije vsake izolacijske plasti (silicijev dioksid) in končno do poliranja volframovih vtičev in bakrenih žic, ki se uporabljajo za povezovanje vezij, je mikroprah rjavega taljenega aluminijevega oksida nepogrešljiv v skoraj vsakem kritičnem koraku planarizacije. Prežema celoten proces izdelave čipov in je resnično »junak v zakulisju«.
IV. Izzivi in prihodnost: Ni najboljšega, samo boljše
Seveda ta pot nima konca. Ker se procesi izdelave čipov razvijajo od 7 nm in 5 nm do 3 nm in celo manjših velikosti, so zahteve za procese CMP dosegle »ekstremno« raven. To predstavlja še večje izzive za mikroprah rjavega taljenega aluminijevega oksida:
Bolj fino in enakomerno:Prihodnji mikroprahkimorda bo treba doseči lestvico več deset nanometrov, s tako enakomerno porazdelitvijo velikosti delcev, kot če bi jih presejal laser.
Čistilo: Vsaka nečistoča kovinskih ionov je usodna, kar vodi do vedno višjih zahtev glede čistosti.
Funkcionalizacija: Se bodo v prihodnosti pojavili »inteligentni mikroprahki«? Na primer, s posebej modificiranimi površinami bi lahko pod določenimi pogoji spremenili rezalne lastnosti ali dosegli samoostrenje, samomazanje ali druge funkcije?
Zato je mikroprah rjavega taljenega aluminijevega oksida kljub svojemu izvoru v tradicionalni abrazivni industriji doživel veličastno preobrazbo, ko je vstopil v najsodobnejše področje polprevodnikov. Ni več »kladivo«, temveč »nanokirurški skalpel«. Popolnoma gladka površina jedra čipa v vsaki napredni elektronski napravi, ki jo uporabljamo, dolguje svoj obstoj neštetim drobnim delcem.
To je velik projekt, ki se izvaja v mikroskopskem svetu, inrjav taljeni aluminijev mikroprahje nedvomno tihi, a nepogrešljiv super obrtnik v tem projektu.