Hoe verandert CMP-technologie het landschap van de chipproductie?

De afgelopen jaren is het middelpunt van de verpakkingstechnologie geleidelijk aan overgedragen aan een ogenschijnlijk “oude technologie” –CMP(Chemisch mechanisch polijsten). Wanneer Hybrid Bonding de leidende rol wordt van de nieuwe generatie geavanceerde verpakkingen, verschuift CMP geleidelijk van achter de schermen naar de schijnwerpers.

Dit is geen heropleving van de technologie, maar een terugkeer naar de industriële logica: achter elke generatiesprong schuilt een collectieve evolutie van gedetailleerde capaciteiten. En CMP is de meest ingetogen maar uiterst cruciale ‘King of Details’.

Van traditioneel afvlakken tot sleutelprocessen

Het bestaan ​​van CMP is vanaf het allereerste begin nooit voor ‘innovatie’ geweest, maar voor ‘het oplossen van problemen’.

Herinnert u zich nog de multi-metalen verbindingsstructuren tijdens de knooppuntperioden van 0,8 μm, 0,5 μm en 0,35 μm? Destijds was de complexiteit van het chipontwerp veel minder dan nu. Maar zelfs voor de meest basale verbindingslaag zouden, zonder de oppervlaktevlakvorming veroorzaakt door CMP, onvoldoende scherptediepte voor fotolithografie, ongelijkmatige etsdikte en mislukte verbindingen tussen de lagen allemaal fatale problemen zijn.

Nu we het post-Moore's Law-tijdperk binnengaan, streven we niet langer alleen maar naar het verkleinen van de chipgrootte, maar besteden we meer aandacht aan de stapeling en integratie op systeemniveau. Hybrid Bonding, 3D DRAM, CUA (CMOS under array), COA (CMOS over array)... Steeds complexere driedimensionale structuren hebben ervoor gezorgd dat een "soepele interface" niet langer een ideaal maar een noodzaak is.

CMP is echter niet langer een eenvoudige planarisatiestap; het is een beslissende factor geworden voor het succes of falen van het productieproces.

Hybride binding is in wezen een metaal-metaal + diëlektrische laagverbindingsproces op grensvlakniveau. Het lijkt een goede match, maar in feite is het een van de meest veeleisende koppelpunten in het hele traject van de geavanceerde verpakkingsindustrie:

• De oppervlakteruwheid mag niet groter zijn dan 0,2 nm
• Copper Dishing moet binnen 5 nm worden gecontroleerd (vooral in het scenario van uitgloeien bij lage temperatuur)
• De grootte, distributiedichtheid en geometrische morfologie van het Cu-pad hebben rechtstreeks invloed op de caviteitssnelheid en de opbrengst
• Waferspanning, buiging, kromtrekken en niet-uniformiteit van de dikte zullen allemaal worden uitvergroot als "fatale variabelen"
• Het genereren van oxidelagen en leegte tijdens het gloeiproces moet ook vooraf afhankelijk zijn van de "vooraf begraven beheersbaarheid" van CMP.

En de CMP neemt hier de rol op zich van de slotzet vóór de "grote finalezet"

Of het oppervlak vlak genoeg is, of het koper helder genoeg is en of de ruwheid klein genoeg is, bepaalt de "startlijn" van alle daaropvolgende verpakkingsprocessen.

Procesuitdagingen: niet alleen uniformiteit, maar ook ‘voorspelbaarheid’

Vanuit het oplossingstraject van Applied Materials gaan de uitdagingen van CMP veel verder dan uniformiteit:

• Lot-tot-lot (tussen batches)
• Wafel-tot-Wafer (tussen wafels
• Binnen Wafel
• Binnen sterven

Ondertussen moet, naarmate de procesknooppunten zich verder ontwikkelen, elke indicator van de Rs-controle (plaatweerstand), de nauwkeurigheid van de schotel/uitsparing en de ruwheid Ra op het "nanometerniveau" nauwkeurig zijn. Dit is niet langer een probleem dat kan worden opgelost door het aanpassen van apparaatparameters, maar eerder door collaboratieve controle op systeemniveau:

• CMP is geëvolueerd van een apparaatproces op één punt naar een actie op systeemniveau die perceptie, feedback en gesloten-luscontrole vereist.
• Van het RTPC-XE real-time monitoringsysteem tot de Multi-Zone Head partitiedrukregeling, van de Slurry-formule tot de Pad-compressieverhouding, elke variabele kan nauwkeurig worden gemodelleerd om slechts één doel te bereiken: het oppervlak ‘uniform en controleerbaar’ maken als een spiegel.

De "zwarte zwaan" van metaalverbindingen: kansen en uitdagingen voor kleine koperdeeltjes

Een ander weinig bekend detail is dat Small Grain Cu een belangrijk materiaalpad aan het worden is voor hybride bonding bij lage temperaturen.

Waarom? Omdat kleinkorrelig koper bij lage temperaturen waarschijnlijk betrouwbare Cu-Cu-verbindingen vormt.

Het probleem is echter dat kleinkorrelig koper gevoeliger is voor Dishing tijdens het CMP-proces, wat direct leidt tot een inkrimping van het procesvenster en een scherpe toename van de moeilijkheidsgraad van procescontrole. Oplossing? Alleen een nauwkeuriger CMP-parametermodellering en feedbackcontrolesysteem kan ervoor zorgen dat de polijstcurven onder verschillende Cu-morfologieomstandigheden voorspelbaar en instelbaar zijn.

Dit is geen procesuitdaging op één punt, maar een uitdaging voor de mogelijkheden van het procesplatform.

Het bedrijf Vetek is gespecialiseerd in productieCMP-polijstslurryDe kernfunctie ervan is het bereiken van fijne vlakheid en polijsten van het materiaaloppervlak onder het synergetische effect van chemische corrosie en mechanisch slijpen om te voldoen aan de vlakheids- en oppervlaktekwaliteitseisen op nanoniveau.