Жартылай өткізгіштер өнеркәсібіндегі қоңыр балқытылған алюминий оксиді микроұнтағының дәл ұнтақтаудағы рөлі
Достар, бүгін біз қарапайым және қарапайым нәрсе туралы әңгімелесеміз...қоңыр балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағыСіз бұл туралы естімеген боларсыз, бірақ телефоныңыз бен ақылды сағатыңыздағы ең маңызды және нәзік чиптер, олар шығарылмай тұрып-ақ, онымен айналысқан болуы мүмкін. Оны чиптің «бас косметологы» деп атау асыра сілтеу емес.
Оны қайрау тас сияқты кедір-бұдыр құрал деп елестетпеңіз. Жартылай өткізгіштер әлемінде ол наноөлшемді скальпельдерді қолданатын микромүсінші сияқты нәзік рөл атқарады.
I. Чиптің «бет мүсінін жасауы»: Неліктен тегістеу қажет?
Алдымен бір нәрсені түсінейік: жаңғақтар тегіс жерде тікелей өспейді. Олар ғимарат салу сияқты өте таза, жалпақ кремний пластинасына (біз оны «пластина» деп атаймыз) қабат-қабат «салынады». Бұл «ғимараттың» ондаған қабаты бар, және әр қабаттағы электр тізбегі адам шашының қалыңдығының мыңнан бір бөлігінен де жұқа.
Мәселе мынада: жаңа еден салып жатқанда, егер іргетас – алдыңғы қабаттың беті – тіпті атомдай кішкентай шығыңқы болса да, тіпті сәл тегіс болмаса, бұл бүкіл ғимараттың қисық болуына, қысқа тұйықталуына және чиптердің пайдалануға жарамсыз болуына әкелуі мүмкін. Шығындар әзіл емес.
Сондықтан, әрбір қабат аяқталғаннан кейін біз мұқият «тазалау» және «тегістеу» жұмыстарын жүргізуіміз керек. Бұл процестің әдемі атауы бар: «Химиялық механикалық тегістеу», қысқартылған түрде CMP. Аты күрделі болып көрінгенімен, принципін түсіну қиын емес: бұл химиялық коррозия мен механикалық абразияның үйлесімі.
Химиялық «тескіш» алып тасталатын материалды жұмсарту және коррозиялау үшін арнайы жылтыратқыш сұйықтықты пайдаланады, бұл оны «жұмсақ» етеді.
Механикалық «соққы» рөлге кіреді...қоңыр корунд микроұнтағыОның міндеті - химиялық процесс арқылы «жұмсартылған» материалды дәл және біркелкі «қырып алу» үшін физикалық әдістерді қолдану.
Сіз соншама көп абразивтерді ескере отырып, неге бұл әсіресе осы деп сұрауыңыз мүмкін? Оның ерекше қасиеттері осында көрінеді.
II. «Аса микрондалған емес микрондалған ұнтақ»: қоңыр балқытылған алюминий оксидінің ерекше шеберлігі
Жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде қолданылатын қоңыр балқытылған алюминий оксидінің микрондалған ұнтағы қарапайым өнім емес. Бұл мұқият таңдалған және жетілдірілген «арнайы күштер» бөлімшесі.
Біріншіден, бұл жеткілікті қиын, бірақ абайсыздық емес.Қоңыр балқытылған алюминий оксидіқаттылығы жағынан гауһардан кейінгі екінші орында, кремний, кремний диоксиді және вольфрам сияқты жиі қолданылатын чип материалдарын өңдеуге жеткілікті. Бірақ ең бастысы, оның қаттылығы «берік» қаттылықта. Кейбір сынғыш және қысым кезінде оңай сынатын қатты материалдардан (мысалы, гауһар) айырмашылығы, қоңыр балқытылған алюминий оксиді кесу күшін қамтамасыз ете отырып, «деструктивті элементке» айналудан аулақ бола отырып, тұтастығын сақтайды.
Екіншіден, оның тар бөлшектерінің өлшемі біркелкі кесуді қамтамасыз етеді. Бұл ең маңызды мәселе. Бағалы нефритті әртүрлі өлшемдегі тастар үйіндісімен жылтыратуға тырысып жатқаныңызды елестетіп көріңізші. Үлкен тастар сөзсіз терең шұңқырлар қалдырады, ал кішілері жұмыс істеуге тым кішкентай болуы мүмкін. CMP (химиялық механикалық жылтырату) процестерінде бұл мүлдем қолайсыз. Жартылай өткізгіштерде қолданылатын қоңыр балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағының бөлшектердің өлшемінің таралуы өте тар болуы керек. Бұл барлық бөлшектердің шамамен бірдей өлшемде екенін білдіреді. Бұл мыңдаған микроұнтақ бөлшектерінің пластина бетінде біркелкі қозғалуын, біркелкі қысым жасау арқылы мінсіз бетті, белгісіз емес, жасауын қамтамасыз етеді. Бұл дәлдік нанометр деңгейінде.
Үшіншіден, бұл химиялық тұрғыдан «адал» агент. Чип өндірісінде қышқыл және сілтілі орталарды қоса алғанда, әртүрлі химиялық заттар қолданылады. Қоңыр балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағы химиялық тұрғыдан өте тұрақты және жылтырату сұйықтығындағы басқа компоненттермен оңай әрекеттеспейді, жаңа қоспалардың пайда болуына жол бермейді. Бұл еңбекқор, қарапайым қызметкер сияқты - бастықтар (инженерлер) жақсы көретін адам сияқты.
Төртіншіден, оның морфологиясы басқарылады, «тегіс» бөлшектерді шығарады. Қоңыр балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағы тіпті бөлшектердің «пішінін» (немесе «морфологиясын») басқара алады. Арнайы процесс арқылы өткір жиектері бар бөлшектерді сфераға жақын немесе көп қырлы пішіндерге айналдыруға болады. Бұл «тегіс» бөлшектер кесу кезінде пластина бетіндегі «ойық» әсерін тиімді түрде азайтады, сызаттардың пайда болу қаупін айтарлықтай төмендетеді.
III. Нақты өмірде қолдану: CMP өндіріс желісіндегі «Үнсіз жарыс».
CMP өндіріс желісінде пластиналар вакуумдық патрондармен мықтап бекітіліп, беті төмен қаратылып, айналмалы жылтырату жастықшасына басылады. Қоңыр балқытылған алюминий оксиді микроұнтағы бар жылтырату сұйықтығы жылтырату жастықшасы мен пластинаның арасына ұсақ тұман сияқты үздіксіз шашыратылады.
Осы кезде микроскопиялық әлемде «дәлдік жарысы» басталады. Қысым мен айналу кезінде миллиардтаған қоңыр балқытылған алюминий оксидінің микроұнтақ бөлшектері пластина бетінде секундына миллиондаған нанометр деңгейінде кесулер жасайды. Олар тәртіпті армия сияқты бірқалыпты қозғалып, биік аймақтарды «тегістеп», ал төмен аймақтарды «бос қалдыруы» керек.
Бүкіл процесс көктемгі самал сияқты жұмсақ болуы керек, қатты дауыл емес. Шамадан тыс күш сызат түсіруі немесе микрожарықтар тудыруы мүмкін («жер асты зақымы» деп аталады); күш жеткіліксіздігі төмен тиімділікке әкеледі және өндіріс кестелерін бұзады. Сондықтан, қоңыр балқытылған алюминий оксиді микроұнтағының концентрациясын, бөлшектердің мөлшерін және морфологиясын дәл бақылау соңғы жоңқа өнімділігі мен өнімділігін тікелей анықтайды.
Кремний пластиналарын бастапқыда дөрекі жылтыратудан бастап, әрбір оқшаулағыш қабаттың (кремний диоксиді) тегістелуіне дейін және соңында тізбектерді қосу үшін қолданылатын вольфрам ашалары мен мыс сымдарын жылтыратуға дейін қоңыр балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағы барлық маңызды тегістеу кезеңінде өте маңызды. Ол чип өндірісінің бүкіл процесіне енеді, шынымен де «көрініс артындағы батыр».
IV. Қиындықтар және болашақ: Ең жақсысы жоқ, тек жақсысы бар
Әрине, бұл жолдың соңы жоқ. Чип өндірісі процестері 7 нм және 5 нм-ден 3 нм және одан да кіші өлшемдерге дейін дамыған сайын, CMP процестеріне қойылатын талаптар «шекті» деңгейге жетті. Бұл қоңыр балқытылған алюминий оксиді микроұнтағы үшін одан да үлкен қиындықтар туғызады:
Жұмсақ және біркелкі:Болашақ микроұнтақтарондаған нанометрлік шкалаға жету қажет болуы мүмкін, бұл ретте бөлшектердің мөлшерінің таралуы лазермен еленгендей біркелкі болады.
Тазалағыш: Кез келген металл иондарының қоспалары өлімге әкеледі, бұл тазалық талаптарының артуына әкеледі.
Функционализация: Болашақта «ақылды микроұнтақтар» пайда бола ма? Мысалы, арнайы өзгертілген беттермен олар белгілі бір жағдайларда кесу сипаттамаларын өзгерте ала ма немесе өздігінен қайрау, өздігінен майлау немесе басқа функцияларды орындай ала ма?
Сондықтан, дәстүрлі абразивтік өнеркәсіптен шыққанына қарамастан, қоңыр балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағы жартылай өткізгіштердің озық саласына енгеннен кейін керемет өзгеріске ұшырады. Ол енді «балға» емес, «нанохирургиялық скальпель». Біз қолданатын әрбір озық электрондық құрылғыдағы негізгі чиптің мінсіз тегіс беті сансыз ұсақ бөлшектердің арқасында пайда болды.
Бұл микроскопиялық әлемде жүзеге асырылған үлкен жоба жәнеқоңыр балқытылған алюминий оксидінің микроұнтағысөзсіз, бұл жобадағы үнсіз, бірақ таптырмас супер шебер.