Роля дакладнага шліфавання мікрапарашка карычневага плаўленага аксіду алюмінію ў паўправадніковай прамысловасці
Сябры, сёння мы пагаворым пра нешта адначасова хардкорнае і прыземленае—карычневы плаўлены мікрапарашок аксіду алюмініюМагчыма, вы пра гэта не чулі, але самыя важныя і далікатныя чыпы ў вашым тэлефоне і разумным гадзінніку, яшчэ да таго, як іх пачалі вырабляць, хутчэй за ўсё, з гэтым спраўляліся. Назваць яго «галоўным касметолагам» чыпа — не перабольшанне.
Не ўяўляйце яго як грубы інструмент, накшталт тачыльнага каменя. У свеце паўправаднікоў ён выконвае такую ж далікатную ролю, як мікраскульптар, які выкарыстоўвае нанамаштабныя скальпелі.
I. «Скульптура твару» чыпа: чаму неабходна шліфаванне?
Давайце спачатку зразумеем адну рэч: чыпы не растуць непасрэдна на роўнай паверхні. Яны «будуюцца» пласт за пластом на надзвычай чыстай, плоскай крэмніевай пласціне (тое, што мы называем «пласцінай»), як пры будаўніцтве будынка. Гэты «будынак» мае дзясяткі паверхаў, і схемы на кожным паверсе танчэйшыя за адну тысячную таўшчыні чалавечага воласа.
Дык вось у чым праблема: калі вы будуеце новы паверх, калі падмурак — паверхня папярэдняга паверха — нават злёгку няроўны, нават з выступам памерам з атам, гэта можа прывесці да таго, што ўвесь будынак будзе скрыўлены, адбыцца кароткае замыканне і сколы стануць непрыдатнымі для выкарыстання. Страты — гэта не жарт.
Таму пасля завяршэння кожнай падлогі мы павінны правесці дбайную «ачыстку» і «выраўноўванне». Гэты працэс мае мудрагелістую назву: «Хіміка-механічная планарызацыя», скарочана ХМП. Хоць назва гучыць складана, прынцып нескладана зразумець: гэта спалучэнне хімічнай карозіі і механічнага абразіўнага ўздзеяння.
Хімічны «прабіў» выкарыстоўвае спецыяльную паліравальную вадкасць, каб змякчыць і раз'есці матэрыял, які трэба выдаліць, зрабіўшы яго больш «мяккім».
У дзеянне ўступае механічны «ўдар» —карычневы корундавы мікрапарашокЯго задача — выкарыстоўваць фізічныя метады для дакладнага і раўнамернага «саскрабання» матэрыялу, які быў «змякчаны» хімічным працэсам.
Вы можаце спытаць, чаму ж менавіта гэты, калі даступна столькі абразіўных матэрыялаў? Вось тут і праяўляюцца яго выключныя якасці.
II. «Мікранізаваны парашок, які не такі ўжо і мікранізаваны»: унікальная здольнасць карычневага плаўленага аксіду алюмінію
У паўправадніковай прамысловасці мікранізаваны парашок карычневага плаўленага аксіду алюмінію, які выкарыстоўваецца, не з'яўляецца звычайным прадуктам. Гэта падраздзяленне «спецыяльных сіл», старанна адабранае і вытанчанае.
Па-першае, гэта дастаткова складана, але не безразважна.Карычневы плаўлены аксід алюмініюЦвёрдасць металу саступае толькі алмазу, і яе больш чым дастаткова для апрацоўкі распаўсюджаных матэрыялаў, такіх як крэмній, дыяксід крэмнію і вальфрам. Але галоўнае тое, што яго цвёрдасць з'яўляецца «цяжкай». У адрозненне ад некаторых больш цвёрдых матэрыялаў (напрыклад, алмаза), якія далікатныя і лёгка ламаюцца пад ціскам, карычневы плаўлены аксід алюмінію захоўвае сваю цэласнасць, забяспечваючы пры гэтым сілу рэзання, не ператвараючыся ў «разбуральны элемент».
Па-другое, яго невялікі памер часціц забяспечвае раўнамерную рэзку. Гэта найважнейшы момант. Уявіце, што вы спрабуеце адпаліраваць каштоўны нефрыт кучай камянёў рознага памеру. Больш буйныя камяні непазбежна пакінуць глыбокія ямкі, а меншыя могуць быць занадта малымі для апрацоўкі. У працэсах хіміка-механічнай паліроўкі (ХМП) гэта абсалютна недапушчальна. Мікрапарашок карычневага плаўленага аксіду алюмінію, які выкарыстоўваецца ў паўправадніках, павінен мець надзвычай вузкае размеркаванне памераў часціц. Гэта азначае, што амаль усе часціцы прыкладна аднолькавага памеру. Гэта гарантуе, што тысячы часціц мікрапарашка рухаюцца сінхронна па паверхні пласціны, аказваючы раўнамерны ціск, ствараючы бездакорную паверхню, а не парэзаную. Гэтая дакладнасць знаходзіцца на нанаметровым узроўні.
Па-трэцяе, гэта хімічна «сумленны» агент. У вытворчасці чыпаў выкарыстоўваецца шырокі спектр хімічных рэчываў, у тым ліку кіслотнае і шчолачнае асяроддзе. Мікрапарашок карычневага плаўленага аксіду алюмінію хімічна вельмі стабільны і не так лёгка рэагуе з іншымі кампанентамі ў паліравальнай вадкасці, прадухіляючы ўвядзенне новых прымешак. Гэта як працавіты, сціплы супрацоўнік — тып чалавека, якога любяць начальнікі (інжынеры).
Па-чацвёртае, яго марфалогія кантралюецца, што дазваляе атрымліваць «гладкія» часціцы. Удасканалены карычневы плаўлены мікрапарашок аксіду алюмінію можа нават кантраляваць «форму» (або «марфалогію») часціц. Дзякуючы спецыяльнаму працэсу часціцы з вострымі краямі можна пераўтварыць у амаль сферычныя або шматгранныя формы. Гэтыя «гладкія» часціцы эфектыўна памяншаюць эфект «пазнавання» на паверхні пласціны падчас рэзкі, значна зніжаючы рызыку драпін.
III. Рэальнае прымяненне: «Ціхая гонка» на вытворчай лініі CMP
На вытворчай лініі CMP пласціны трывала ўтрымліваюцца вакуумнымі заціскамі паверхняй уніз і прыціскаюцца да круцільнай паліравальнай падушачкі. Паліравальная вадкасць, якая змяшчае карычневы плаўлены аксід алюмінію, бесперапынна распыляецца, як дробны туман, паміж паліравальнай падушачкай і пласцінай.
У гэты момант у мікраскапічным свеце пачынаецца «гонка дакладнасці». Мільярды карычневых плаўленых мікрачасціц аксіду алюмінію пад ціскам і кручэннем выконваюць мільёны нанаметровых разрэзаў у секунду на паверхні пласціны. Яны павінны рухацца ў унісон, як дысцыплінаваная армія, плаўна прасоўваючыся наперад, «згладжваючы» высокія ўчасткі і «пакідаючы пустымі» нізкія.
Увесь працэс павінен быць мяккім, як вясновы ветрык, а не раз'юшаная бура. Празмерная сіла можа падрапаць або стварыць мікратрэшчыны (гэта называецца «пашкоджаннем пад паверхняй»); недастатковая сіла прыводзіць да нізкай эфектыўнасці і парушае вытворчыя графікі. Такім чынам, дакладны кантроль над канцэнтрацыяй, памерам часціц і марфалогіяй карычневага плаўленага мікрапарашка аксіду алюмінію непасрэдна вызначае канчатковы выхад і прадукцыйнасць чыпа.
Ад пачатковай грубай паліроўкі крэмніевых пласцін да планарызацыі кожнага ізаляцыйнага пласта (дыяксіду крэмнію) і, нарэшце, да паліроўкі вальфрамавых разетак і медных правадоў, якія выкарыстоўваюцца для злучэння ланцугоў, мікрапарашок карычневага плаўленага аксіду алюмінію незаменны практычна на кожным крытычным этапе планарызацыі. Ён пранізвае ўвесь працэс вытворчасці мікрасхем, сапраўды з'яўляючыся «героем за кадрам».
IV. Выклікі і будучыня: няма лепшага, ёсць толькі лепшае
Вядома, гэты шлях не мае канца. Па меры таго, як працэсы вытворчасці мікрасхем развіваюцца ад 7 нм і 5 нм да 3 нм і нават меншых памераў, патрабаванні да працэсаў CMP дасягнулі «экстрэмальнага» ўзроўню. Гэта стварае яшчэ большыя праблемы для мікрапарашка карычневага плаўленага аксіду алюмінію:
Больш тонкі і аднастайны:Мікрапарашкі будучынімагчыма, спатрэбіцца дасягнуць маштабу ў дзясяткі нанаметраў з размеркаваннем памераў часціц такім жа аднастайным, як пры прасейванні лазерам.
Ачышчальнік: Любыя прымешкі іёнаў металаў з'яўляюцца смяротнымі, што прыводзіць да ўсё больш высокіх патрабаванняў да чысціні.
Функцыяналізацыя: Ці з'явяцца ў будучыні «інтэлектуальныя мікрапарашкі»? Напрыклад, са спецыяльна мадыфікаванымі паверхнямі яны змогуць змяняць характарыстыкі рэзання пры пэўных умовах або дасягаць самазавострывання, самазмазвання або іншых функцый?
Такім чынам, нягледзячы на сваё паходжанне ў традыцыйнай абразіўнай прамысловасці, карычневы плаўлены мікрапарашок аксіду алюмінію зведаў цудоўную трансфармацыю, калі трапіў у перадавую сферу паўправаднікоў. Гэта ўжо не «малаток», а «нанахірургічны скальпель». Ідэальна гладкая паверхня асноўнага чыпа ў кожнай перадавой электроннай прыладзе, якой мы карыстаемся, абавязана сваім існаваннем незлічоным драбнюткім часцінкам.
Гэта грандыёзны праект, які праводзіцца ў мікраскапічным свеце, ікарычневы плаўлены мікрапарашок аксіду алюмініюнесумненна, ціхі, але незаменны супермайстар у гэтым праекце.