Hur omformar CMP-teknik landskapet för spåntillverkning

Under de senaste åren har förpackningsteknikens centrum gradvis överlåtits till en till synes "gammal teknik" -CMP(Kemisk mekanisk polering). När Hybrid Bonding blir den ledande rollen för den nya generationens avancerade förpackningar, flyttar CMP gradvis från bakom kulisserna till rampljuset.

Detta är inte en ny teknik, utan en återgång till industriell logik: bakom varje generationssprång finns en kollektiv utveckling av detaljerade förmågor. Och CMP är den mest diskreta men extremt avgörande "King of Details".

Från traditionell tillplattning till nyckelprocesser

Existensen av CMP har aldrig varit för "innovation" från första början, utan för att "lösa problem".

Kommer du fortfarande ihåg multimetallsammankopplingsstrukturerna under nodperioderna 0,8μm, 0,5μm och 0,35μm? Då var komplexiteten i chipdesign mycket mindre än den är idag. Men även för det mest grundläggande sammankopplingsskiktet, utan ytplanariseringen från CMP, skulle otillräckligt fokusdjup för fotolitografi, ojämn etsningstjocklek och misslyckade mellanskiktsanslutningar alla vara dödliga problem.

När vi går in i eran efter Moores lag strävar vi inte längre bara efter att minska chipstorleken, utan ägnar mer uppmärksamhet åt staplingen och integrationen på systemnivå. Hybrid Bonding, 3D DRAM, CUA (CMOS under array), COA (CMOS over array)... Fler och mer komplexa tredimensionella strukturer har gjort att ett "smidigt gränssnitt" inte längre är ett ideal utan en nödvändighet.

Men CMP är inte längre ett enkelt planariseringssteg; det har blivit en avgörande faktor för framgång eller misslyckande av tillverkningsprocessen.

Hybridbindning är i huvudsak en metall-metall + dielektrisk skiktbindningsprocess på gränssnittsnivå. Det verkar som en "passform", men i själva verket är det en av de mest krävande kopplingspunkterna i hela den avancerade förpackningsindustrins väg:

• Ytråheten får inte överstiga 0,2nm
• Copper Dishing måste kontrolleras inom 5nm (särskilt i scenariot med lågtemperaturglödgning)
• Storleken, distributionstätheten och den geometriska morfologin för Cu-dynan påverkar direkt kavitetshastigheten och utbytet
• Waferspänning, båge, skevhet och ojämnhet i tjocklek kommer alla att förstoras som "fatala variabler"
• Genereringen av oxidskikt och tomrum under glödgningsprocessen måste också förlita sig på den "förbegravda kontrollerbarheten" av CMP i förväg.

Och CMP tar här rollen som det avslutande draget före det "grand final move"

Huruvida ytan är tillräckligt plan, om kopparn är tillräckligt ljus och om grovheten är tillräckligt liten bestämmer "startlinjen" för alla efterföljande förpackningsprocesser.

Processutmaningar: Inte bara enhetlighet, utan också "förutsägbarhet"

Från Applied Materials lösningsväg går utmaningarna med CMP långt utöver enhetlighet:

• Lot-to-Lot (Mellan batcher)
• Wafer-to-Wafer (mellan wafers
• Inom Wafer
• Inom Die

Samtidigt, när processnoderna avancerar, måste varje indikator på Rs (plåtresistans)-kontroll, dishing/urtagningsnoggrannhet och grovhet Ra vara på "nanometernivå"-precisionen. Detta är inte längre ett problem som kan lösas genom enhetsparameterjustering, utan snarare samarbetskontroll på systemnivå:

• CMP har utvecklats från en enhetsprocess med en enda punkt till en åtgärd på systemnivå som kräver perception, återkoppling och kontroll med sluten slinga.
• Från realtidsövervakningssystemet RTPC-XE till Multi-Zone Head-partitionstryckkontrollen, från Slurry-formeln till Pad-kompressionsförhållandet, varje variabel kan modelleras exakt för att uppnå ett mål: att göra ytan "likformig och kontrollerbar" som en spegel.

Den "svarta svanen" av metallsammankopplingar: möjligheter och utmaningar för små kopparpartiklar

En annan föga känd detalj är att småkornig Cu håller på att bli en viktig materialbana för lågtemperaturhybridbindning.

Varför? Eftersom småkornig koppar är mer benägna att bilda pålitliga Cu-Cu-anslutningar vid låga temperaturer.

Problemet är dock att småkornig koppar är mer benägna att Dishing under CMP-processen, vilket direkt leder till en sammandragning av processfönstret och en kraftig ökning av svårigheten med processtyrning. Lösning? Endast en mer exakt CMP-parametermodellering och återkopplingskontrollsystem kan säkerställa att poleringskurvorna under olika Cu-morfologiförhållanden är förutsägbara och justerbara.

Detta är inte en enpunktsprocessutmaning, utan en utmaning för processplattformens möjligheter.

Vetek-företaget är specialiserat på produktionCMP poleringsslam,Dess kärnfunktion är att uppnå fin planhet och polering av materialytan under den synergistiska effekten av kemisk korrosion och mekanisk slipning för att uppfylla kraven på planhet och ytkvalitet på nanonivå.