Pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulbri täppislihvimise roll pooljuhtide tööstuses
Sõbrad, täna räägime millestki nii rängast kui ka maalähedasest –pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulberSa pole sellest ehk kuulnudki, aga sinu telefoni ja nutikella kõige olulisemad ja õrnemad kiibid olid sellega tõenäoliselt juba enne nende tootmist tegelenud. Kiibi „peakosmeetikuks“ nimetamine pole liialdus.
Ärge kujutage seda ette toore tööriistana nagu terituskivi. Pooljuhtide maailmas mängib see sama õrna rolli kui nanoskaala skalpelle kasutav mikroskulptor.
I. Kiibi „näoskulptuur”: miks on lihvimine vajalik?
Saagem kõigepealt aru ühest asjast: kiibid ei kasva otse tasasel pinnal. Need "ehitatakse" kiht kihi haaval äärmiselt puhtale, tasasele räniplaadile (mida me nimetame "vahvliks"), nagu hoone ehitamine. Sellel "hoonel" on kümneid korrusi ja iga korruse vooluring on õhem kui tuhandik inimese juuksekarva paksusest.
Seega on probleem järgmine: uue põranda ehitamisel, kui vundament – eelmise põranda pind – on kasvõi pisutki ebatasane, isegi aatomi suuruse eendiga, võib see põhjustada kogu hoone kõveraks muutumise, lühise ja muuta kiibid kasutuskõlbmatuks. Kaod pole nali.
Seetõttu peame pärast iga põranda valmimist tegema põhjaliku „puhastamise“ ja „tasandamise“. Sellel protsessil on uhke nimi: „keemiline mehaaniline tasandamine“, lühendatult CMP. Kuigi nimi kõlab keeruliselt, pole põhimõtet raske mõista: see on keemilise korrosiooni ja mehaanilise hõõrdumise kombinatsioon.
Keemiline „stants“ kasutab eemaldatava materjali pehmendamiseks ja söövitamiseks spetsiaalset poleerimisvedelikku, muutes selle „pehmemaks“.
Mehaaniline „löök“ tuleb mängu –pruuni korundi mikropulberSelle ülesanne on füüsikaliste meetodite abil keemilise protsessi käigus "pehmendatud" materjal täpselt ja ühtlaselt "ära kraapida".
Võite küsida, miks just see, arvestades nii paljusid saadaolevaid abrasiive? Just siin tulevadki mängu selle erakordsed omadused.
II. „Mikroonistatud pulber, mis pole nii mikroniseeritud”: pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi ainulaadne oskus
Pooljuhtide tööstuses kasutatav pruun sulatatud alumiiniumoksiidi mikroniseeritud pulber ei ole tavaline toode. See on hoolikalt valitud ja viimistletud „eriüksuste“ üksus.
Esiteks on see piisavalt raske, aga mitte hoolimatu.Pruun sulatatud alumiiniumoksiidKõvaduselt on see teemandi järel teisel kohal, mis on enam kui piisav, et hakkama saada tavaliselt kasutatavate kiibimaterjalidega nagu räni, ränidioksiid ja volfram. Kuid peamine on see, et selle kõvadus on „sitke“. Erinevalt mõnest kõvemast materjalist (nagu teemant), mis on haprad ja rõhu all kergesti purunevad, säilitab pruun sulatatud alumiiniumoksiid oma terviklikkuse, tagades samal ajal lõikejõu, vältides muutumist „hävitavaks elemendiks“.
Teiseks tagab selle väike osakeste suurus ühtlase lõikamise. See on kõige olulisem punkt. Kujutage ette, et proovite poleerida väärtuslikku jade'i erineva suurusega kivide hunnikuga. Suuremad kivid jätaksid paratamatult sügavad augud, samas kui väiksemad võivad olla liiga väikesed, et nendega töötada. CMP (keemilise mehaanilise poleerimise) protsessides on see täiesti vastuvõetamatu. Pooljuhtides kasutatava pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulbri osakeste suurusjaotus peab olema äärmiselt kitsas. See tähendab, et peaaegu kõik osakesed on ligikaudu sama suured. See tagab, et tuhanded mikropulbri osakesed liiguvad vahvli pinnal ühtselt, rakendades ühtlast survet, et luua veatu, mitte armeeritud pind. See täpsus on nanomeetri tasemel.
Kolmandaks on see keemiliselt „aus” aine. Kiibitootmises kasutatakse laia valikut kemikaale, sealhulgas happelist ja aluselist keskkonda. Pruunist sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulber on keemiliselt väga stabiilne ega reageeri kergesti poleerimisvedeliku teiste komponentidega, takistades uute lisandite sattumist. See on nagu töökas ja tagasihoidlik töötaja – selline inimene, keda ülemused (insenerid) armastavad.
Neljandaks, selle morfoloogia on kontrollitav, tekitades „siledaid“ osakesi. Täiustatud pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulber suudab isegi kontrollida osakeste „kuju“ (või „morfoloogiat“). Spetsiaalse protsessi abil saab teravate servadega osakesi muuta peaaegu sfäärilisteks või hulknurkseteks kujudeks. Need „siledad“ osakesed vähendavad lõikamise ajal tõhusalt plaadi pinnale tekkivat „soonte“ efekti, vähendades oluliselt kriimustuste ohtu.
III. Reaalne rakendus: „Vaikne võidujooks“ CMP tootmisliinil
CMP tootmisliinil hoitakse plaate vaakumpadrunite abil kindlalt paigal, pinnaga allpool, ja surutakse need pöörlevale poleerimispadjale. Poleerimisvedelikku, mis sisaldab pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulbrit, pihustatakse pidevalt peene uduna poleerimispadja ja plaadi vahele.
Sel hetkel algab mikroskoopilises maailmas „täppisvõidujooks“. Miljardid pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulbri osakesed teevad rõhu ja pöörlemise all kiibi pinnal miljoneid nanomeetri tasemel lõikeid sekundis. Nad peavad liikuma ühtselt, nagu distsiplineeritud armee, sujuvalt edasi liikudes, kõrgemaid alasid „lamendades“ ja madalamaid „tühjaks jättes“.
Kogu protsess peab olema sama õrn kui kevadine tuuleiil, mitte raevukas torm. Liigne jõud võib kriimustada või tekitada mikropragusid (nn „pinnaalused kahjustused“); ebapiisav jõud viib madala efektiivsuseni ja häirib tootmisgraafikuid. Seetõttu määrab pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulbri kontsentratsiooni, osakeste suuruse ja morfoloogia täpne kontroll otseselt lõpliku kiibi saagise ja jõudluse.
Alates räniplaatide esialgsest jämedast poleerimisest kuni iga isolatsioonikihi (ränidioksiid) tasapinnalise töötlemiseni ja lõpuks volframpistikute ja vasktraatide poleerimiseni, mida kasutatakse vooluringide ühendamiseks, on pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulber asendamatu peaaegu igas kriitilises tasapinnalise töötlemise etapis. See läbib kogu kiibi tootmisprotsessi, olles tõeline „telgitagune kangelane“.
IV. Väljakutsed ja tulevik: Parimat pole, on ainult parem
Loomulikult pole sellel teel lõppu. Kuna kiipide tootmisprotsessid arenevad 7 nm ja 5 nm pealt 3 nm ja isegi väiksematele suurustele, on CMP-protsesside nõuded jõudnud „äärmuslikule“ tasemele. See esitab pruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulbrile veelgi suuremaid väljakutseid:
Peenem ja ühtlasem:Tulevased mikropulbridvõib vaja minna kümnete nanomeetrite skaalat, mille osakeste suurusjaotus on sama ühtlane kui laseriga sõelumisel.
Puhastusvahend: Kõik metalliioonide lisandid on surmavad, mis viib üha kõrgemate puhtusnõueteni.
Funktsionaliseerimine: Kas tulevikus ilmuvad „intelligentsed mikropulbrid”? Näiteks spetsiaalselt modifitseeritud pindadega võivad need muuta lõikeomadusi teatud tingimustes või saavutada iseterituvaid, iseõlitavaid või muid funktsioone?
Seega, vaatamata oma päritolule traditsioonilises abrasiivtööstuses, on pruun sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulber pärast pooljuhtide tipptasemel valdkonda sisenemist läbi teinud suurejoonelise muutuse. See pole enam "haamer", vaid "nanokirurgiline skalpell". Iga meie kasutatava täiustatud elektroonikaseadme põhikiibi ideaalselt sile pind võlgneb oma olemasolu lugematutele pisikestele osakestele.
See on suurprojekt, mida viiakse läbi mikroskoopilises maailmas japruuni sulatatud alumiiniumoksiidi mikropulberon selles projektis kahtlemata vaikne, kuid asendamatu supermeister.