Hlutverk brúns sambrædds áloxíðs í nákvæmni mala í hálfleiðaraiðnaðinum
Vinir, í dag ætlum við að tala um eitthvað bæði hrátt og jarðbundið—brúnt sambrætt áloxíð örduftÞú hefur kannski ekki heyrt um það, en mikilvægustu og viðkvæmustu örgjörvarnir í símanum þínum og snjallúrinu, áður en þær voru jafnvel framleiddar, hafa líklega tekist á við það. Að kalla það „aðalsnyrtifræðing“ örgjörvans er engin ýkja.
Ímyndaðu þér ekki að þetta sé gróft verkfæri eins og brýnisteinn. Í heimi hálfleiðara gegnir það jafn viðkvæmu hlutverki og ör-myndhöggvari sem notar nanóskala-skalpella.
I. „Andlitsmótun“ flísarinnar: Af hverju er nauðsynlegt að slípa hana?
Við skulum fyrst skilja eitt: örgjörvar vaxa ekki beint á sléttu jörðu. Þeir eru „byggðir“ lag fyrir lag á afar hreinum, flatum kísilþynnu (það sem við köllum „þynnu“), eins og að byggja byggingu. Þessi „bygging“ hefur tugi hæða og rafrásirnar á hverri hæð eru þynnri en einn þúsundasti af þykkt mannshárs.
Vandamálið er þá: þegar verið er að byggja nýja hæð, ef grunnurinn – yfirborð fyrri hæðarinnar – er örlítið ójafn, jafnvel með útskoti eins lítið og atóm, getur það valdið því að öll byggingin verður skakk, skammhlaup myndast og flísar verða ónothæfar. Tapið er ekkert grín.
Þess vegna, eftir að hver hæð er kláruð, verðum við að framkvæma ítarlega „hreinsun“ og „jöfnun“. Þetta ferli hefur fínt nafn: „Chemical Mechanical Planarization,“ skammstafað sem CMP. Þó nafnið hljómi flókið er meginreglan ekki erfið að skilja: það er sambland af efnatæringu og vélrænni núningi.
Efnafræðilega „kýlið“ notar sérstakan fægingarvökva til að mýkja og tæra efnið sem á að fjarlægja, sem gerir það „mýkra“.
Vélræna „höggið“ kemur við sögu—brúnt korund örduftVerkefni þess er að nota eðlisfræðilegar aðferðir til að „skafa“ nákvæmlega og jafnt burt efnið sem hefur verið „mýkt“ í efnaferlinu.
Þú gætir spurt, með svo mörg slípiefni í boði, hvers vegna þetta einmitt er það? Það er þar sem einstakir eiginleikar þess koma inn í myndina.
II. „Míkróniserað duft sem er ekki eins míkróniserað“: Einstök hæfni brúns brædds áloxíðs
Í hálfleiðaraiðnaðinum er brúnt, örgert áloxíðduft, sem notað er, engin venjuleg vara. Þetta er „sérsveitar“-eining, vandlega valin og fínpússuð.
Í fyrsta lagi er það nógu erfitt, en ekki kærulaust.Brúnt sambrætt áloxíðHörku þess er næst á eftir demanti, meira en nóg til að þola algeng flísarefni eins og kísill, kísildíoxíð og wolfram. En lykilatriðið er að hörku þess er „seig“. Ólíkt sumum harðari efnum (eins og demöntum) sem eru brothætt og brotna auðveldlega undir þrýstingi, viðheldur brúnt sambrætt áloxíð heilleika sínum en tryggir skurðkraft og forðast að verða „eyðileggjandi frumefni“.
Í öðru lagi tryggir þröng agnastærð jafna skurð. Þetta er mikilvægasti punkturinn. Ímyndaðu þér að reyna að pússa dýrmætan jade með hrúgu af steinum af mismunandi stærðum. Stærri steinarnir myndu óhjákvæmilega skilja eftir djúpar holur, en þeir smærri gætu verið of litlir til að vinna með. Í CMP (efnafræðilegri vélrænni pússun) ferlum er þetta algjörlega óásættanlegt. Brúna sambrædda áloxíð örduftið sem notað er í hálfleiðara verður að hafa afar þrönga agnastærðardreifingu. Þetta þýðir að næstum allar agnir eru nokkurn veginn jafnstórar. Þetta tryggir að þúsundir örduftsagna hreyfast samtímis á yfirborði skífunnar og beita jöfnum þrýstingi til að skapa gallalaust yfirborð, ekki bólgið. Þessi nákvæmni er á nanómetrastigi.
Í þriðja lagi er það efnafræðilega „heiðarlegt“ efni. Við flísframleiðslu eru notuð fjölbreytt efni, þar á meðal súr og basísk umhverfi. Brúnt sambrætt áloxíð örduft er efnafræðilega mjög stöðugt og hvarfast ekki auðveldlega við önnur efni í fægiefninu, sem kemur í veg fyrir að ný óhreinindi komist inn í það. Það er eins og duglegur, látlaus starfsmaður – sú manneskja sem yfirmenn (verkfræðingar) elska.
Í fjórða lagi er formgerð þess stjórnanleg og framleiðir „sléttar“ agnir. Háþróað brúnt sambrætt áloxíð örduft getur jafnvel stjórnað „lögun“ (eða „formgerð“) agnanna. Með sérstöku ferli er hægt að umbreyta ögnum með hvössum brúnum í nærri kúlulaga eða fjölhyrningslaga form. Þessar „sléttu“ agnir draga á áhrifaríkan hátt úr „grópunaráhrifum“ á yfirborði skífunnar við skurð, sem dregur verulega úr hættu á rispum.
III. Raunveruleg notkun: „Þögla kapphlaupið“ á CMP framleiðslulínunni
Í framleiðslulínunni hjá CMP eru skífurnar haldnar fastar með lofttæmisspennum, með yfirborðið niður, þrýst á snúningspúða. Pússunarvökvi sem inniheldur brúnt, brætt áloxíð örduft er stöðugt úðaður, eins og fínn mistur, á milli púðans og skífunnar.
Á þessum tímapunkti hefst „nákvæmniskapphlaup“ í smásjárheiminum. Milljarðar brúnna, samruninna áloxíð örduftagna, framkvæma milljónir nanómetraskurða á sekúndu undir þrýstingi og snúningi á yfirborði skífunnar. Þær verða að hreyfast í takt, eins og agaður her, sækja mjúklega fram, „fletja út“ háu svæðin og „skilja eftir auð“ lágu svæðin.
Allt ferlið verður að vera eins mjúkt og vorgola, ekki eins og ofsafenginn stormur. Of mikill kraftur getur rispað eða valdið örsprungum (kölluðum „skemmdum á yfirborði“); ófullnægjandi kraftur leiðir til lítillar skilvirkni og truflar framleiðsluáætlanir. Þess vegna ræður nákvæm stjórnun á styrk, agnastærð og formgerð brúns samrunins áloxíðs beint lokaafköstum og afköstum flísanna.
Frá upphaflegri grófslípun kísilþynnanna, til flatningar hvers einangrunarlags (kísildíoxíðs) og að lokum til pússunar á wolframtengjum og koparvírum sem notaðir eru til að tengja rafrásirnar, er brúnt sambrætt áloxíð örduft ómissandi í nánast öllum mikilvægum flatningarskrefum. Það gegnsýrir allt framleiðsluferlið á örgjörvum, sannkallaður „hetja á bak við tjöldin“.
IV. Áskoranir og framtíðin: Það er ekkert best, aðeins betra
Auðvitað tekur þessi leið engan enda. Þar sem framleiðsluferli örgjörva þróast úr 7nm og 5nm í 3nm og jafnvel minni stærðir, hafa kröfur um CMP-ferli náð „öfgafullu“ stigi. Þetta skapar enn meiri áskoranir fyrir brúnt sambrætt áloxíð örduft:
Fínna og jafnara:Framtíðar örduftgæti þurft að ná tugum nanómetra kvarða, með agnastærðardreifingu sem er eins jafn og ef hún væri sigtuð með leysi.
Hreinsiefni: Öll óhreinindi í málmjónum eru banvæn og leiða til sífellt hærri hreinleikakrafna.
Virknivæðing: Munu „greind örduft“ koma fram í framtíðinni? Til dæmis, með sérstaklega breyttum yfirborðum, gætu þau breytt skurðareiginleikum við ákveðnar aðstæður, eða náð fram sjálfskerpandi, sjálfsmurandi eða öðrum aðgerðum?
Þrátt fyrir uppruna sinn í hefðbundnum slípiefnisiðnaði hefur brúnt, brætt áloxíð örduft gengið í gegnum stórkostlegar umbreytingar þegar það kom inn á fremstu svið hálfleiðara. Það er ekki lengur „hamar“ heldur „nanóskurðlækningaskurðhnífur“. Fullkomlega slétt yfirborð kjarnaflísins í öllum háþróuðum rafeindatækjum sem við notum á tilvist sína að þakka ótal örsmáum ögnum.
Þetta er stórt verkefni sem unnið er í örsmáum heimi, ogbrúnt sambrætt áloxíð ördufter án efa hljóðlátur en ómissandi ofurhandverksmaður í þessu verkefni.