Quais são os métodos de polimento de wafer?

De todos os processos envolvidos na criação de um chip, o destino final dobolachadeve ser cortado em matrizes individuais e embalado em pequenas caixas fechadas com apenas alguns pinos expostos. O chip será avaliado com base em seus valores de limite, resistência, corrente e tensão, mas ninguém considerará sua aparência. Durante o processo de fabricação, polimos repetidamente o wafer para obter a planarização necessária, especialmente para cada etapa da fotolitografia. Obolachaa superfície deve ser extremamente plana porque, à medida que o processo de fabricação do chip diminui, a lente da máquina de fotolitografia precisa atingir uma resolução em escala nanométrica, aumentando a abertura numérica (NA) da lente. No entanto, isso reduz simultaneamente a profundidade de foco (DoF). A profundidade de foco refere-se à profundidade dentro da qual o sistema óptico pode manter o foco. Para garantir que a imagem da fotolitografia permaneça nítida e focada, as variações de superfície dabolachadeve estar dentro da profundidade do foco.

Em termos simples, a máquina de fotolitografia sacrifica a capacidade de foco para melhorar a precisão da imagem. Por exemplo, as máquinas de fotolitografia EUV de nova geração têm uma abertura numérica de 0,55, mas a profundidade de foco vertical é de apenas 45 nanômetros, com um alcance de imagem ideal ainda menor durante a fotolitografia. Se obolachanão for plano, tiver espessura irregular ou ondulações na superfície, causará problemas durante a fotolitografia nos pontos altos e baixos.

A fotolitografia não é o único processo que requer umabolachasuperfície. Muitos outros processos de fabricação de chips também requerem polimento de wafer. Por exemplo, após o ataque úmido, é necessário polir para suavizar a superfície áspera para posterior revestimento e deposição. Após o isolamento da vala rasa (STI), é necessário o polimento para suavizar o excesso de dióxido de silício e completar o enchimento da vala. Após a deposição do metal, é necessário o polimento para remover o excesso de camadas metálicas e evitar curto-circuitos no dispositivo.

Portanto, o nascimento de um chip envolve inúmeras etapas de polimento para reduzir a rugosidade e as variações de superfície do wafer e para remover o excesso de material da superfície. Além disso, defeitos superficiais causados ​​por vários problemas de processo no wafer muitas vezes só se tornam aparentes após cada etapa de polimento. Assim, os engenheiros responsáveis ​​pelo polimento têm uma responsabilidade significativa. Eles são as figuras centrais no processo de fabricação de chips e muitas vezes assumem a culpa nas reuniões de produção. Eles devem ser proficientes tanto em ataque úmido quanto em produção física, como as principais técnicas de polimento na fabricação de cavacos.

Quais são os métodos de polimento de wafer?

Os processos de polimento podem ser classificados em três categorias principais com base nos princípios de interação entre o líquido de polimento e a superfície da pastilha de silício:

1. Método de polimento mecânico:
O polimento mecânico remove as saliências da superfície polida através de corte e deformação plástica para obter uma superfície lisa. Ferramentas comuns incluem pedras de óleo, rodas de lã e lixa, operadas principalmente manualmente. Peças especiais, como superfícies de corpos rotativos, podem utilizar mesas giratórias e outras ferramentas auxiliares. Para superfícies com requisitos de alta qualidade, métodos de polimento superfinos podem ser empregados. O polimento superfino utiliza ferramentas abrasivas especialmente fabricadas, que, em um líquido de polimento contendo abrasivo, são pressionadas firmemente contra a superfície da peça de trabalho e giradas em alta velocidade. Esta técnica pode atingir uma rugosidade superficial de Ra0,008μm, a mais alta entre todos os métodos de polimento. Este método é comumente usado para moldes de lentes ópticas.

2. Método de polimento químico:
O polimento químico envolve a dissolução preferencial das microssaliências na superfície do material em um meio químico, resultando em uma superfície lisa. As principais vantagens deste método são a falta de necessidade de equipamentos complexos, a capacidade de polir peças de formato complexo e a capacidade de polir muitas peças simultaneamente com alta eficiência. A questão central do polimento químico é a formulação do líquido de polimento. A rugosidade superficial obtida pelo polimento químico é normalmente de várias dezenas de micrômetros.

3. Método de Polimento Químico Mecânico (CMP):
Cada um dos dois primeiros métodos de polimento tem vantagens exclusivas. A combinação desses dois métodos pode obter efeitos complementares no processo. O polimento químico-mecânico combina processos de fricção mecânica e corrosão química. Durante o CMP, os reagentes químicos no líquido de polimento oxidam o material do substrato polido, formando uma camada macia de óxido. Esta camada de óxido é então removida por fricção mecânica. A repetição deste processo de oxidação e remoção mecânica proporciona um polimento eficaz.

Desafios e questões atuais no polimento químico-mecânico (CMP):

A CMP enfrenta vários desafios e questões nas áreas de tecnologia, economia e sustentabilidade ambiental:

1) Consistência do Processo: Alcançar uma elevada consistência no processo CMP continua a ser um desafio. Mesmo dentro da mesma linha de produção, pequenas variações nos parâmetros do processo entre diferentes lotes ou equipamentos podem afetar a consistência do produto final.

2) Adaptabilidade a novos materiais: À medida que novos materiais continuam a surgir, a tecnologia CMP deve adaptar-se às suas características. Alguns materiais avançados podem não ser compatíveis com os processos CMP tradicionais, exigindo o desenvolvimento de líquidos de polimento e abrasivos mais adaptáveis.

3) Efeitos de tamanho: À medida que as dimensões dos dispositivos semicondutores continuam a diminuir, os problemas causados ​​pelos efeitos de tamanho tornam-se mais significativos. Dimensões menores exigem maior planicidade superficial, necessitando de processos CMP mais precisos.

4) Controle da taxa de remoção de material: Em algumas aplicações, o controle preciso da taxa de remoção de material para diferentes materiais é crucial. Garantir taxas de remoção consistentes em várias camadas durante o CMP é essencial para a fabricação de dispositivos de alto desempenho.

5) Respeito ao meio ambiente: Os líquidos de polimento e abrasivos usados ​​no CMP podem conter componentes prejudiciais ao meio ambiente. A pesquisa e o desenvolvimento de processos e materiais de CMP mais ecológicos e sustentáveis ​​são desafios importantes.

6) Inteligência e Automação: Embora o nível de inteligência e automação dos sistemas CMP esteja melhorando gradualmente, eles ainda precisam lidar com ambientes de produção complexos e variáveis. Alcançar níveis mais elevados de automação e monitoramento inteligente para melhorar a eficiência da produção é um desafio que precisa ser enfrentado.

7) Controle de Custos: O CMP envolve altos custos com equipamentos e materiais. Os fabricantes precisam melhorar o desempenho dos processos enquanto se esforçam para reduzir os custos de produção para manter a competitividade no mercado.