Wie verändert die CMP-Technologie die Landschaft der Chipherstellung?

In den letzten Jahren rückte nach und nach eine scheinbar „alte Technologie“ in den Mittelpunkt der Verpackungstechnik –CMP(Chemisch-mechanisches Polieren). Wenn Hybrid Bonding zur führenden Rolle der neuen Generation fortschrittlicher Verpackungen wird, rückt CMP allmählich aus dem Hintergrund ins Rampenlicht.

Dies ist kein Wiederaufleben der Technologie, sondern eine Rückkehr zur industriellen Logik: Hinter jedem Generationssprung steht eine kollektive Weiterentwicklung detaillierter Fähigkeiten. Und CMP ist der unauffälligste, aber äußerst entscheidende „König der Details“.

Von der traditionellen Abflachung bis hin zu Schlüsselprozessen

Die Existenz von CMP diente von Anfang an nie der „Innovation“, sondern der „Lösung von Problemen“.

Erinnern Sie sich noch an die Multimetall-Verbindungsstrukturen während der Knotenperioden 0,8 μm, 0,5 μm und 0,35 μm? Damals war die Komplexität des Chipdesigns weitaus geringer als heute. Aber selbst für die grundlegendste Verbindungsschicht wären ohne die durch CMP erzielte Oberflächenplanarisierung eine unzureichende Tiefenschärfe für die Fotolithographie, eine ungleichmäßige Ätzdicke und fehlerhafte Zwischenschichtverbindungen fatale Probleme.

Mit Beginn der Ära nach Moores Gesetz verfolgen wir nicht mehr nur die Reduzierung der Chipgröße, sondern legen mehr Wert auf die Stapelung und Integration auf Systemebene. Hybrid Bonding, 3D DRAM, CUA (CMOS under Array), COA (CMOS over Array) ... Immer komplexere dreidimensionale Strukturen machen eine „glatte Schnittstelle“ nicht mehr zum Ideal, sondern zur Notwendigkeit.

Allerdings ist CMP kein einfacher Planarisierungsschritt mehr; es ist zu einem entscheidenden Faktor für den Erfolg oder Misserfolg des Herstellungsprozesses geworden.

Bei Hybrid Bonding handelt es sich im Wesentlichen um einen Metall-Metall- und dielektrischen Schichtverbindungsprozess auf der Grenzflächenebene. Es scheint „passend“ zu sein, aber tatsächlich ist es einer der anspruchsvollsten Kopplungspunkte auf dem gesamten Weg der fortschrittlichen Verpackungsindustrie:

• Die Oberflächenrauheit darf 0,2 nm nicht überschreiten
• Das Copper Dishing muss innerhalb von 5 nm kontrolliert werden (insbesondere im Szenario des Niedertemperaturglühens).
• Die Größe, Verteilungsdichte und geometrische Morphologie des Cu-Pads wirken sich direkt auf die Hohlraumrate und die Ausbeute aus
• Waferspannung, Durchbiegung, Verzug und Ungleichmäßigkeit der Dicke werden alle als „fatale Variablen“ vergrößert.
• Die Entstehung von Oxidschichten und Hohlräumen während des Glühprozesses muss ebenfalls auf der „vorvergrabenen Steuerbarkeit“ von CMP im Voraus beruhen.

Und der CMP übernimmt hier die Rolle des Schlusszuges vor dem „großen Schlusszug“

Ob die Oberfläche eben genug ist, ob das Kupfer hell genug ist und ob die Rauheit klein genug ist, bestimmen den „Ausgangspunkt“ aller nachfolgenden Verpackungsprozesse.

Prozessherausforderungen: Nicht nur Einheitlichkeit, sondern auch „Vorhersehbarkeit“

Aus dem Lösungsweg von Applied Materials gehen die Herausforderungen von CMP weit über die Einheitlichkeit hinaus:

• Charge-zu-Lot (zwischen Chargen)
• Wafer-to-Wafer (zwischen Wafern).
• Innerhalb des Wafers
• Innerhalb von Die

Während die Prozessknoten voranschreiten, muss jeder Indikator für die Kontrolle des Rs (Schichtwiderstand), die Wölbungs-/Vertiefungsgenauigkeit und die Rauheit Ra auf dem „Nanometerniveau“ liegen. Dies ist kein Problem mehr, das durch die Anpassung der Geräteparameter gelöst werden kann, sondern durch eine kollaborative Steuerung auf Systemebene:

• CMP hat sich von einem Einzelpunkt-Geräteprozess zu einer Aktion auf Systemebene entwickelt, die Wahrnehmung, Feedback und Regelung im geschlossenen Regelkreis erfordert.
• Vom RTPC-XE-Echtzeitüberwachungssystem bis zur Multi-Zone-Head-Partitionsdrucksteuerung, von der Slurry-Formel bis zum Pad-Kompressionsverhältnis kann jede Variable präzise modelliert werden, nur um ein Ziel zu erreichen: die Oberfläche „gleichmäßig und kontrollierbar“ wie einen Spiegel zu machen.

Der „Schwarze Schwan“ der Metallverbindungen: Chancen und Herausforderungen für kleine Kupferpartikel

Ein weiteres wenig bekanntes Detail ist, dass kleinkörniges Cu zu einem wichtigen Materialweg für das Niedertemperatur-Hybridbonden wird.

Warum? Denn feinkörniges Kupfer bildet bei niedrigen Temperaturen eher zuverlässige Cu-Cu-Verbindungen.

Das Problem besteht jedoch darin, dass feinkörniges Kupfer während des CMP-Prozesses anfälliger für Dishing ist, was direkt zu einer Verengung des Prozessfensters und einem starken Anstieg der Schwierigkeit der Prozesssteuerung führt. Lösung? Nur eine präzisere CMP-Parametermodellierung und ein Feedback-Kontrollsystem können sicherstellen, dass die Polierkurven unter verschiedenen Cu-Morphologiebedingungen vorhersehbar und anpassbar sind.

Hierbei handelt es sich nicht um eine einzelne Prozessherausforderung, sondern um eine Herausforderung für die Fähigkeiten der Prozessplattform.

Das Unternehmen Vetek ist auf die Produktion spezialisiertCMP-PolierslurrySeine Kernfunktion besteht darin, durch den synergistischen Effekt von chemischer Korrosion und mechanischem Schleifen eine feine Ebenheit und Politur der Materialoberfläche zu erreichen, um die Anforderungen an Ebenheit und Oberflächenqualität auf Nanoebene zu erfüllen.