De todos los procesos involucrados en la creación de un chip, el destino final delobleaDebe cortarse en troqueles individuales y empaquetarse en cajas pequeñas y cerradas con solo unos pocos pines expuestos. El chip será evaluado en función de sus valores de umbral, resistencia, corriente y voltaje, pero nadie considerará su apariencia. Durante el proceso de fabricación, pulimos repetidamente la oblea para lograr la planarización necesaria, especialmente para cada paso de la fotolitografía. ElobleaLa superficie debe ser extremadamente plana porque, a medida que el proceso de fabricación del chip se reduce, la lente de la máquina de fotolitografía necesita alcanzar una resolución de escala nanométrica aumentando la apertura numérica (NA) de la lente. Sin embargo, esto reduce simultáneamente la profundidad de enfoque (DoF). La profundidad de enfoque se refiere a la profundidad dentro de la cual el sistema óptico puede mantener el enfoque. Para garantizar que la imagen de fotolitografía permanezca clara y enfocada, las variaciones de la superficie de laobleadebe caer dentro de la profundidad del enfoque.
En términos simples, la máquina de fotolitografía sacrifica la capacidad de enfoque para mejorar la precisión de las imágenes. Por ejemplo, las máquinas de fotolitografía EUV de nueva generación tienen una apertura numérica de 0,55, pero la profundidad de enfoque vertical es de sólo 45 nanómetros, con un rango de imagen óptimo aún menor durante la fotolitografía. si elobleano es plano, tiene un espesor desigual ni ondulaciones en la superficie, causará problemas durante la fotolitografía en los puntos altos y bajos.
La fotolitografía no es el único proceso que requiere un proceso fluido.obleasuperficie. Muchos otros procesos de fabricación de chips también requieren el pulido de obleas. Por ejemplo, después del grabado en húmedo, es necesario pulir para alisar la superficie rugosa para el posterior recubrimiento y deposición. Después del aislamiento de la zanja poco profunda (STI), es necesario pulir para suavizar el exceso de dióxido de silicio y completar el relleno de la zanja. Después de la deposición del metal, es necesario pulir para eliminar el exceso de capas de metal y evitar cortocircuitos en el dispositivo.
Por lo tanto, el nacimiento de un chip implica numerosos pasos de pulido para reducir la rugosidad y las variaciones de la superficie de la oblea y eliminar el exceso de material de la superficie. Además, los defectos superficiales causados por diversos problemas del proceso en la oblea a menudo solo se hacen evidentes después de cada paso de pulido. Por tanto, los ingenieros responsables del pulido tienen una gran responsabilidad. Son las figuras centrales en el proceso de fabricación de chips y, a menudo, cargan con la culpa en las reuniones de producción. Deben dominar tanto el grabado en húmedo como la producción física, como principales técnicas de pulido en la fabricación de virutas.
¿Cuáles son los métodos de pulido de obleas?
Los procesos de pulido se pueden clasificar en tres categorías principales según los principios de interacción entre el líquido de pulido y la superficie de la oblea de silicio:
1. Método de pulido mecánico:
El pulido mecánico elimina las protuberancias de la superficie pulida mediante corte y deformación plástica para lograr una superficie lisa. Las herramientas comunes incluyen piedras de aceite, ruedas de lana y papel de lija, que se manejan principalmente a mano. Las piezas especiales, como las superficies de los cuerpos giratorios, pueden utilizar plataformas giratorias y otras herramientas auxiliares. Para superficies con requisitos de alta calidad, se pueden emplear métodos de pulido superfino. El pulido superfino utiliza herramientas abrasivas especialmente fabricadas que, en un líquido de pulido que contiene abrasivo, se presionan firmemente contra la superficie de la pieza de trabajo y se hacen girar a alta velocidad. Esta técnica puede lograr una rugosidad superficial de Ra0,008μm, la más alta entre todos los métodos de pulido. Este método se utiliza comúnmente para moldes de lentes ópticas.
2. Método de pulido químico:
El pulido químico implica la disolución preferencial de las microprotuberancias de la superficie del material en un medio químico, lo que da como resultado una superficie lisa. Las principales ventajas de este método son la falta de necesidad de equipos complejos, la capacidad de pulir piezas de trabajo de formas complejas y la capacidad de pulir muchas piezas de trabajo simultáneamente con alta eficiencia. La cuestión central del pulido químico es la formulación del líquido de pulido. La rugosidad de la superficie lograda mediante el pulido químico suele ser de varias decenas de micrómetros.
3. Método de pulido químico mecánico (CMP):
Cada uno de los dos primeros métodos de pulido tiene sus ventajas únicas. La combinación de estos dos métodos puede lograr efectos complementarios en el proceso. El pulido mecánico químico combina procesos de fricción mecánica y corrosión química. Durante CMP, los reactivos químicos en el líquido de pulido oxidan el material del sustrato pulido, formando una capa de óxido suave. Esta capa de óxido se elimina luego mediante fricción mecánica. Repitiendo este proceso de oxidación y eliminación mecánica se consigue un pulido eficaz.
Desafíos y problemas actuales en el pulido químico mecánico (CMP):
CMP enfrenta varios desafíos y problemas en las áreas de tecnología, economía y sostenibilidad ambiental:
1) Coherencia del proceso: Lograr una alta coherencia en el proceso del CMP sigue siendo un desafío. Incluso dentro de la misma línea de producción, variaciones menores en los parámetros del proceso entre diferentes lotes o equipos pueden afectar la consistencia del producto final.
2) Adaptabilidad a Nuevos Materiales: A medida que siguen surgiendo nuevos materiales, la tecnología CMP debe adaptarse a sus características. Es posible que algunos materiales avanzados no sean compatibles con los procesos CMP tradicionales, lo que requiere el desarrollo de líquidos de pulido y abrasivos más adaptables.
3) Efectos del tamaño: a medida que las dimensiones de los dispositivos semiconductores continúan reduciéndose, los problemas causados por los efectos del tamaño se vuelven más significativos. Las dimensiones más pequeñas requieren una mayor planitud de la superficie, lo que requiere procesos CMP más precisos.
4) Control de la tasa de eliminación de material: en algunas aplicaciones, es crucial un control preciso de la tasa de eliminación de material para diferentes materiales. Garantizar tasas de eliminación consistentes en varias capas durante CMP es esencial para fabricar dispositivos de alto rendimiento.
5) Respetuoso con el medio ambiente: Los líquidos de pulido y los abrasivos utilizados en CMP pueden contener componentes perjudiciales para el medio ambiente. La investigación y el desarrollo de procesos y materiales CMP más respetuosos con el medio ambiente y sostenibles son desafíos importantes.
6) Inteligencia y automatización: si bien el nivel de inteligencia y automatización de los sistemas CMP está mejorando gradualmente, aún deben hacer frente a entornos de producción complejos y variables. Lograr niveles más altos de automatización y monitoreo inteligente para mejorar la eficiencia de la producción es un desafío que debe abordarse.
7) Control de Costos: CMP implica altos costos de equipos y materiales. Los fabricantes necesitan mejorar el rendimiento de los procesos mientras se esfuerzan por reducir los costos de producción para mantener la competitividad en el mercado.
Hora de publicación: 05-jun-2024