Pamata pārskats par vafeļu pārklāšanas un pulēšanas procesu
Sarežģītajā pusvadītāju ražošanas pasaulē integrālo shēmu izveide sākas ar plānu, neskartu silīcija šķēli, kas pazīstama kā vafele. Šīs vafeles virsmas kvalitāte ir vissvarīgākā, jo jebkura nepilnība var izraisīt ierīces atteici. Divi kritiski mehāniski procesi, kas tiek izmantoti, lai sasniegtu nepieciešamo līdzenumu un gludumu, ir pārklāšana un pulēšana. Šajā rakstā ir sniegts šo būtisko darbību pamata pārskats.
Nepieciešamība pēc plakanuma un gluduma
Pēc izgriešanas no viena kristāla stieņa neapstrādātai vafelei ir raupja, bojāta virsma ar ievērojamām biezuma izmaiņām. Mūsdienu nanomēroga shēmu shēmām šādas nepilnības ir nepieņemamas. Plāksnēm jābūt pilnīgi plakanām, lai nodrošinātu precīzu fokusēšanu fotolitogrāfijas laikā, un tām jābūt ar spoguļ-gludu,-bezbojātu virsmu, uz kuras var veidot tranzistorus un savienojumus. Šeit tiek izmantota pārklāšana un pulēšana.
1. posms: vafeļu pārklāšana
Pārklāšana ir pirmais lielais solis vafeļu ģeometrijas uzlabošanā pēc sagriešanas. Tās galvenais mērķis nav gludums, bet ganglobāla plakana un vienmērīga biezuma noņemšana.
Process:Vafeles tiek uzmontētas uz keramikas nesējplāksnēm un novietotas ar priekšpusi{0}}uz leju uz lielas, rotējošas čuguna-plāksnes, ko sauc par klēpja plāksni. Abrazīvā putra{3}}, kas parasti sastāv no alumīnija oksīda (Al₂O3) vai silīcija karbīda (SiC) daļiņām, kas sajauktas ar dzesēšanas šķidrumu-, tiek nepārtraukti padots uz plāksnes. Vienlaicīga turētāju un klēpja plāksnes rotācija rada slīpēšanas kustību, kas mehāniski noņem materiālu no vafeļu virsmām.
Galvenie mērķi:
1. Noņemiet zāģa bojājumus:Tas novērš pazemes plaisas un spriegumu, ko rada stiepļu zāģis griešanas laikā.
2. Sasniedziet izmēru kontroli:Tas nodrošina visas vafeles ļoti konsekventā un mērķa biezumā.
3. Uzlabojiet plakanumu:Tas koriģē deformāciju un loku, radot globāli plakanu virsmu, kas piemērota turpmākai apstrādei.
Rezultāts:Pēc pārklāšanas vafele ir plakanāka un ar vienmērīgāku biezumu, taču tās virsmai tagad ir raksturīga "mikromaskēšana" — matēta apdare ar smalkām skrāpējumiem un iestrādātām abrazīvām daļiņām, kā arī jauns sub{0}}virsmas bojājumu slānis, ko radījusi pati abrazīvā darbība.
Pāreja: starp pārklāšanu un pulēšanu
Starp šiem diviem posmiem vafeles rūpīgi tīra, lai noņemtu visus abrazīvos atlikumus. Daudzos progresīvos procesos starpposmu, ko sauc par kodināšanu, var izmantot, lai ķīmiski noņemtu seklo, trauslo plaisu slāni, kas paliek pārklāšanas rezultātā, sagatavojot tīrāku virsmu pulēšanai.
2. posms: vafeļu pulēšana
Pulēšana ir pēdējais mehāniskais{0}}ķīmiskais posms, kura vienīgais mērķis ir radīt īpaši gludu, spoguļattēlu-līdzīgu un bez defektiem{3}}virsmu. Atšķirībā no pārklāšanas, kas ir tīri mehāniska, pulēšana ietver sarežģītu ķīmisku un mehānisku darbību kombināciju.
Process:Visizplatītākā metode ir ķīmiskā mehāniskā pulēšana (CMP). Vafeles tiek turētas rotējošā turētājā un piespiestas ar virsmu-uz leju pret mīkstu, porainu pulēšanas paliktni. Uz spilventiņa tiek izdalīta ķīmiska suspensija-, kas tagad satur daudz smalkākas, koloidālā silīcija dioksīda (SiO₂) daļiņas, kas suspendētas vieglā sārma šķīdumā{4}}.
CMP mehānisms:
1. Ķīmiskā iedarbība:Sārmains šķīdums reaģē ar silīcija virsmu, veidojot mīkstu, hidratētu silīcija dioksīda slāni.
2. Mehāniskā darbība:Mīkstais pulēšanas spilventiņš un smalkie silīcija dioksīda abrazīvie šķidrumi maigi notīra šo mīkstināto slāni.
Šis sinerģiskais efekts ļauj noņemt materiālu, neradot jaunus būtiskus sub{0}}virsmas bojājumus.
Galvenie mērķi:
1. Virsmas defektu novēršana:Tas noņem visas skrāpējumus, bedrītes un piesārņojumu.
2. Sasniedziet nanomēroga gludumu:Tas rada spoguļattēlu-ar virsmas raupjumu, ko mēra angstromos.
3. Izveidojiet perfektu substrātu:Tas nodrošina atomiski plakanu un tīru virsmu, kas nepieciešama sarežģītu ķēdes slāņu nogulsnēšanai.
Secinājums
Apstrāde un pulēšana ir viens otru papildinoši, bet atšķirīgi procesi vafeļu sagatavošanā.Lapošanair rupjš, lielapjoma materiāla noņemšanas process, kura mērķis ir panākt makro{0}}mēroga līdzenumu un biezuma kontroli.Pulēšana, jo īpaši CMP, ir izsmalcināts apdares process, kas paredzēts nano{0}}mēroga gludas, epitaksijai-gatavas virsmas izveidei. Kopā tie pārveido raupju, nevienmērīgu silīcija šķēli par nevainojamu pamatu, uz kura ir veidota mūsdienu digitālā pasaule. Nemitīgā tieksme pēc mazākām, jaudīgākām mikroshēmām turpina paaugstināt precizitātes prasības un precizitātes prasības šiem kritiskajiem ražošanas posmiem.
