Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд бор хайлуулсан хөнгөн цагааны микро нунтагны нарийн нунтаглалтын үүрэг
Найзууд аа, өнөөдөр бид хатуу бөгөөд энгийн зүйлийн талаар ярилцах болно—бор хайлуулсан хөнгөн цагааны бичил нунтагТа үүний талаар сонсоогүй байж магадгүй ч таны утас болон ухаалаг цагны хамгийн чухал бөгөөд эмзэг чипүүд үйлдвэрлэгдэхээсээ өмнө үүнийг зохицуулсан байх. Үүнийг чипийн "гол гоо сайханч" гэж нэрлэх нь хэтрүүлэг биш юм.
Үүнийг өрөм шиг барзгар багаж гэж бүү төсөөл. Хагас дамжуулагчийн ертөнцөд энэ нь нано хэмжээний хуйх ашиглан хийдэг бичил барималч шиг нарийн үүрэг гүйцэтгэдэг.
I. Чипийн “нүүрний сийлбэр”: Яагаад нунтаглах шаардлагатай вэ?
Эхлээд нэг зүйлийг ойлгоё: чипс нь хавтгай газар дээр шууд ургадаггүй. Тэдгээрийг барилга барихтай адил маш цэвэр, хавтгай силикон вафли (бидний "вафли" гэж нэрлэдэг) дээр давхаргаар нь "барисан". Энэ "барилга" нь хэдэн арван давхартай бөгөөд давхар бүрийн хэлхээ нь хүний үсний зузаанаас мянга дахин нимгэн байдаг.
Тэгэхээр асуудал нь энд байна: та шинэ шал барих үед өмнөх давхрын гадаргуу болох суурь нь бага зэрэг тэгш бус байвал, тэр ч байтугай атом шиг жижиг цухуйсан хэсэгтэй байсан ч барилга бүхэлдээ муруйж, богино холболт үүсч, чипийг ашиглах боломжгүй болгож болзошгүй юм. Алдагдал нь тоглоом биш юм.
Тиймээс шал бүрийг дуусгасны дараа бид сайтар "цэвэрлэгээ" болон "тэгшлэх" ажлыг хийх ёстой. Энэ үйл явц нь "Химийн механик хавтгайжуулалт" буюу CMP гэж товчилсон чамин нэртэй. Нэр нь төвөгтэй сонсогдож байгаа ч зарчмыг нь ойлгоход хэцүү биш: энэ нь химийн зэврэлт ба механик үрэлтийн хослол юм.
Химийн "цоолтуур" нь тусгай өнгөлгөөний шингэнийг ашиглан арилгах материалыг зөөлрүүлж, зэврүүлж, илүү "зөөлөн" болгодог.
Механик "цохилт" үүрэг гүйцэтгэдэг—бор корунд микро нунтагҮүний зорилго нь химийн процессоор "зөөлрүүлсэн" материалыг нарийн бөгөөд жигд "хусахын" тулд физик аргыг ашиглах явдал юм.
Ийм олон төрлийн зүлгүүрийн материал байдаг тул яагаад энэ нь онцгой гэж та асууж магадгүй юм? Энэ нь түүний онцгой шинж чанаруудын нэг юм.
II. “Тийм ч микронжуулаагүй микронжуулсан нунтаг”: Бор хайлуулсан хөнгөнцагааны өвөрмөц чадвар
Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд ашигладаг бор хайлуулсан хөнгөнцагааны ислийн микронжуулсан нунтаг нь ердийн бүтээгдэхүүн биш бөгөөд энэ нь нямбай сонгож, боловсронгуй болгосон "тусгай хүчний" нэгж юм.
Нэгдүгээрт, энэ нь хангалттай хэцүү, гэхдээ болгоомжгүй биш.Бор хайлсан хөнгөн цагаанХатуулаг нь алмазын дараа ордог бөгөөд цахиур, цахиурын давхар исэл, вольфрам зэрэг түгээмэл хэрэглэгддэг чип материалыг боловсруулахад хангалттай юм. Гэхдээ гол нь түүний хатуулаг нь "бат бөх" хатуулаг юм. Хэврэг, даралтын дор амархан хагардаг зарим хатуу материалаас (жишээлбэл, алмаз) ялгаатай нь бор хайлсан хөнгөн цагаан исэл нь огтлох хүчийг хангаж, "хор хөнөөлтэй элемент" болохоос зайлсхийж, бүрэн бүтэн байдлаа хадгалдаг.
Хоёрдугаарт, түүний нарийн ширхэгийн хэмжээ жигд зүсэлтийг баталгаажуулдаг. Энэ бол хамгийн чухал зүйл юм. Янз бүрийн хэмжээтэй чулуун овоолгоор үнэт хаш чулууг өнгөлөхийг оролдож байна гээд төсөөлөөд үз дээ. Том чулуунууд нь гарцаагүй гүн нүх үлдээдэг бол жижиг чулуунууд нь ажиллахад хэтэрхий жижиг байж магадгүй юм. CMP (Химийн механик өнгөлгөө) процесст энэ нь огт хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй. Хагас дамжуулагчид ашигладаг бор хайлуулсан хөнгөн цагааны бичил нунтаг нь маш нарийн ширхэгийн хэмжээний тархалттай байх ёстой. Энэ нь бараг бүх бөөмс ойролцоогоор ижил хэмжээтэй гэсэн үг юм. Энэ нь мянга мянган бичил нунтаг хэсгүүд вафлийн гадаргуу дээр нэгэн зэрэг хөдөлж, жигд даралт өгч, цэгцтэй биш, өөгүй гадаргуу үүсгэдэг болохыг баталгаажуулдаг. Энэ нарийвчлал нь нанометрийн түвшинд байна.
Гуравдугаарт, энэ нь химийн хувьд "шударга" бодис юм. Чип үйлдвэрлэхэд хүчиллэг болон шүлтлэг орчин зэрэг олон төрлийн химийн бодис ашигладаг. Бор хайлуулсан хөнгөн цагааны ислийн бичил нунтаг нь химийн хувьд маш тогтвортой бөгөөд өнгөлгөөний шингэн дэх бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй амархан урвалд ордоггүй тул шинэ хольц орохоос сэргийлдэг. Энэ нь хөдөлмөрч, даруухан ажилтантай адил юм - дарга нар (инженерүүд) хайрладаг хүн шиг.
Дөрөвдүгээрт, түүний морфологи нь хянагдаж, "гөлгөр" бөөмс үүсгэдэг. Дэвшилтэт бор хайлуулсан хөнгөн цагааны ислийн микро нунтаг нь бөөмсийн "хэлбэр" (эсвэл "морфологи")-г ч хянаж чаддаг. Тусгай процессоор хурц ирмэгтэй бөөмсийг бараг бөмбөрцөг хэлбэртэй эсвэл олон өнцөгт хэлбэртэй болгож болно. Эдгээр "гөлгөр" бөөмс нь зүсэх явцад вафлийн гадаргуу дээрх "ховил"-ын нөлөөг үр дүнтэй бууруулж, зураас үүсэх эрсдлийг эрс бууруулдаг.
III. Бодит ертөнцийн хэрэглээ: CMP үйлдвэрлэлийн шугам дээрх "Чимээгүй уралдаан"
CMP үйлдвэрлэлийн шугам дээр вакуум патроноор гадаргууг нь доош харуулан эргэлдэгч өнгөлгөөний дэвсгэр дээр дарж, вакуум патроноор бэхлэгддэг. Бор хайлуулсан хөнгөн цагааны ислийн микро нунтаг агуулсан өнгөлгөөний шингэнийг өнгөлгөөний дэвсгэр болон вафлийн хооронд нарийн манан шиг тасралтгүй шүршинэ.
Энэ үед бичил ертөнц дэх "нарийн уралдаан" эхэлдэг. Хүрэн хайлсан хөнгөн цагааны ислийн микро нунтаг хэсгүүд даралт болон эргэлтийн дор ваферын гадаргуу дээр секундэд сая сая нанометрийн түвшний зүсэлт хийдэг. Тэд сахилга баттай арми шиг жигд урагшилж, өндөр хэсгүүдийг "тэгшлүүлж", нам хэсгүүдийг "хоосон" үлдээж, нэгэн зэрэг хөдлөх ёстой.
Бүх үйл явц нь хүчтэй шуурга биш, хаврын салхи шиг зөөлөн байх ёстой. Хэт их хүч нь зураас үүсгэх эсвэл бичил хагарал үүсгэх ("гадаргын доорх гэмтэл" гэж нэрлэдэг); хангалтгүй хүч нь үр ашгийг бууруулж, үйлдвэрлэлийн хуваарийг алдагдуулдаг. Тиймээс бор хайлуулсан хөнгөн цагааны ислийн бичил нунтагны концентраци, бөөмийн хэмжээ, морфологийг нарийн хянах нь эцсийн чипний гарц болон гүйцэтгэлийг шууд тодорхойлдог.
Цахиурын хавтанг анх өнгөлөхөөс эхлээд тусгаарлагч давхарга (цахиурын давхар исэл) бүрийг тэгшлэх, эцэст нь хэлхээг холбоход ашигладаг вольфрамын залгуур болон зэс утсыг өнгөлөх хүртэл бор хайлуулсан хөнгөн цагааны ислийн микро нунтаг нь хавтгай болгох бараг бүх чухал алхамд зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Энэ нь чип үйлдвэрлэх бүх үйл явцад нэвтэрч, үнэхээр "тайзны ард байгаа баатар" юм.
IV. Бэрхшээлүүд ба ирээдүй: Хамгийн сайн нь гэж байдаггүй, зөвхөн илүү сайн нь л байдаг
Мэдээж энэ зам төгсгөлгүй. Чип үйлдвэрлэх үйл явц 7нм болон 5нм-ээс 3нм болон түүнээс ч жижиг хэмжээтэй болж хөгжихийн хэрээр CMP процесст тавигдах шаардлага "туйлын" түвшинд хүрсэн. Энэ нь бор хайлуулсан хөнгөн цагааны ислийн микро нунтагт бүр ч том сорилтуудыг бий болгож байна:
Илүү нарийн, илүү жигд:Ирээдүйн бичил нунтаглазераар шигшсэн мэт жигд бөөмийн хэмжээний тархалттайгаар хэдэн арван нанометрийн хэмжээнд хүрэх шаардлагатай байж магадгүй.
Цэвэрлэгч: Металл ионы аливаа хольц нь үхлийн аюултай тул цэвэршилтийн шаардлагыг улам бүр нэмэгдүүлдэг.
Функционалчлал: Ирээдүйд "ухаалаг бичил нунтаг" гарч ирэх үү? Жишээлбэл, тусгайлан өөрчилсөн гадаргуугаар тэдгээр нь тодорхой нөхцөлд зүсэх шинж чанарыг өөрчлөх эсвэл өөрөө ирлэх, өөрөө тослох гэх мэт бусад функцийг гүйцэтгэх боломжтой юу?
Тиймээс уламжлалт зүлгүүрийн үйлдвэрлэлээс гаралтай хэдий ч бор хайлуулсан хөнгөн цагааны ислийн бичил нунтаг нь хагас дамжуулагчийн дэвшилтэт салбарт нэвтэрснээр гайхалтай өөрчлөлтийг авчирсан. Энэ нь одоо "алх" биш, харин "нано мэс заслын хуйх" болсон. Бидний ашигладаг дэвшилтэт электрон төхөөрөмж бүрийн цөм чипний төгс гөлгөр гадаргуу нь тоо томшгүй олон жижиг хэсгүүдийн ачаар оршин тогтнож байна.
Энэ бол бичил ертөнцөд хийгдсэн томоохон төсөл бөгөөдбор хайлуулсан хөнгөн цагааны бичил нунтагэнэ төсөлд чимээгүй хэрнээ зайлшгүй супер гар урчууд гэдэгт эргэлзэхгүй байна.