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Hoang Nguyen, Mike Goulding, Todd Gandy, Kevin Baker, Kirk Ebbs, STMicroelectronics, Phoenix, AZ
Robert L. Rhoades, Entrepix, Inc.
委外化學機械研磨(CMP)流程模組已成功地被實施在從一個現有的晶片促進產品的推出。當需要時，透過與Entrepix提供額外的CMP容量的合作，STMicroelectronics-Phoenix(ST)能立刻反應到市場的需求和最大限度的生產力，而沒有像典型的需要延遲幾個月到一年的時間來增加內部容量。如被辨認有一個潛在的生產瓶頸時，委外CMP流程模組可避免現資外流，以及在未來轉淡情形下資金緊縮的風險。
典型的半導體製造業外包模組都集中於外包整體的晶片製造序列給專門的鑄造廠。然而，這需要完全信賴委外提供者去發展適當的處理技術或提供還未有的詳細的具體處理模組。對於某些公司，最佳的選擇是完全集中於委外部分的晶片流程的「輕型模組」，例如委外最後的互聯分層堆疊。這種方法的好處是給予製造商及委外提供者更大程度的靈活性及支持加工技術能量的最佳優勢。
最近因市場的需求，需要STMicroelectronics-Phoenix(ST)評估多種的選擇，來迅速增加全體的製造產品以獲取顧客的立即需求。在總觀籌劃的生產進展需求時，它被確定自己的CMP模組，沒有所需的能力來支持近期間的進展目標，並且將需要另加容量。單是購買更多工具，在幾個月內也不會解決這問題，由於定購、安裝和評定附加設備，需要一段的時間。擴展內部容量需要相當的資本支出，並需增加製造廠地面積，而且，如果晶片產品開始變動或產業轉淡，能因負載這些固定資產招致財政風險。在當前形勢，面對錯過額外收入機會的可能性，ST認定另一種選擇是需要氧化物和鎢CMP流程模組。
為何委外流程模組
委外任何半導體生產流程因素，主要是基於產品需求、技術、速度、資本或者有效的製造場地。哪個因素佔有更多重量是取決於當時製造廠獨特的情況。有些製造廠希望在一個具體的過程中，使用委外供應商對特定流程的獨特的能力和專門技術來支持和補充他們自己的核心製造能力。
CMP的獨特性有幾個原因，包括半導體製造商最近普遍的採用複雜的流程，加上有限的熟練的CMP工程師，以及在工廠內保持和其他它流程分隔的能力。CMP在需要它的設備技術的數量，和在先進技術流程需要CMP步驟的數量也迅速地增加。例如，需要CMP的容量可能跳躍33%以上，只因在一個新的物品零件上加入另一層的金屬化，即使晶片開始的數量依然是恆定的。產品組合的改變或新的材料和處理程度的採用也可能相當的增加對CMP容量的需要。
幸運地，因為CMP磨消全晶片表面的材料，它重設數位關鍵晶片的度規，包括平坦化和消除表面的缺陷。只要主要處理目標達到，CMP處理的地點不會影響在工廠最終產品或下游的流程。這在其他的過程常不是真實，像蝕刻和沉積，在綜合化之前需要具體處理廠房或實施最應性的程序。幸運地，CMP流程一般是不受這些限制，所以它成為最理想的委外流程模組。
流程轉動和評定
氧化物和鎢CMP流程的評定序列主要是ST工程部和ST內部過程變動評論委員會(PCRB)的需求。簡而言之，做出的資料必須有信心的合理的證明在晶片測量的處理度規上，在Entrepix研磨的晶片配合內部拋光的晶片度規。他們用一些物品晶片在這些主要區域做了實驗：撤除率均勻、研磨平坦化、去除缺陷、處理一貫性、殘餘的表面汙染和出產率。
從ST轉移氧化物CMP過程是相當的簡單，因ST和Entrepix都使用Novellus(前IPEC)472模型工具、OnTrak擦淨劑和Applied Materials Mirra CMP系統的組合。同樣的，計量系統用來測量主要表膜厚度的工具也是同用Thermawave Optiprobe 2600-DUV，並使用相同的材料(墊、研磨液、調節的光碟和清洗的化學藥品)。這個過程的鑑定是用最初的25個空白薄膜氧化晶片試行後檢驗晶片的度規和均勻度(圖一)。
在同樣的實驗，空白薄膜缺陷顯示晶片在Entrepix研磨後在送回到ST分析和ST工廠的基本資料比較。這比較的結果顯示，當運輸回到ST最初打開時，平均瑕疵密度在氧化物的表面稍高。然而，用一個簡單的清潔過程，取消落在表面的微粒，可以回復到和本廠研磨的晶片相同的瑕疵計數。晶片也送給SIMS/TXRF作表面微量污染的分析。一般標準的16元素系列分析包括殘餘的金屬，所有在Entrepix研磨的晶片量度都比工廠的基本量度相等或更低。
在空白晶片處理結果證實後，所有的資料提上PCRB請求批准最極的元件出產比率的產品份量。在ILD1和ILD2兩層的流程，各分派三份產量，總共有六個產品份量。每一份量再分成約三等份，其中二份送至Entrepix做兩種不同的平坦化研磨，ST本廠控制剩下的一份則在廠內部自行平坦化。測量度則由ST Optiprobe電子轉移到Entrepix Optiprobe和CMP拋光前的晶片測量度比較，以證實研磨可以成功地控制。表一圖示，如預期的，出產量橫跨全部份量是幾乎完全相同，只有極微小的差異是沒有什麼重要，因由一堆晶片到另一堆之間典型地都有百分之幾的差別。
鎢(W)CMP流程也評定能成功的委外給Entrepix，但由於使用工具之間的差別需要更大的費心。ST使用Novellus676軌道磨光器和AMAT Mirra的組合，而Entrepix使用Novellus472s和AMAT Mirra/Mirra Mesa工具的組合作為W-CMP的工具。W流程在Mirra平臺上使用從空白晶片的確定到產品出量，簡單的應用相似的序列步驟直接進行。因為ST內部平常不用這個平臺做鎢CMP，所以評准在Novellus472作W-CMP流程較有困難。然而，兩家公司渴望在Entrepix使用Novellus472工具作鎢CMP流程，因為它具有靈活性和多產能量。
幸運地，一些以前的工作由ST工程部已確定了開始操作點，只需輕微的修改後可使用Entrepix的472工具。另外，Entrepix有內部作成引用其他可用的程式，顯示對製造有優勢的資料。試測的空白薄膜晶片和ST原有的676過程品比較，顯示它實行了所有的重點.在檢閱所有空白薄膜晶片資料，ST的PCRB決定分三路產品量操作：基礎線用ST內部的676過程，Entrepix的#1過程使用ST的預先的工程發展工作，Entrepix的#2過程使用Entrepix的不同的程式。圖二SEM相片展示每一個過程研磨後的鎢栓。
表二展示，所有的晶片、分析結果，SEM相片比較，和處理出產量，顯示3個鎢CMP過程之間機能相等。複查後，認定在Entrepix的兩種流程，當需要時，可核准製造。此後，因為#2程序的操作簡單性，大多被選用在鎢-CMP研磨化的生產。
操作的施行
過程評定和產品推出只是第一步順利的委外CMP。必須仔細地設計和實施合作籌劃和監察來保證整體成功率。程序控制的計劃、SPC極限、操作步驟，計量方式和幾乎所有的直接與氧化物或鎢CMP過程有關的，都正確地依照或採用極相近ST的生產控制系統。這種方法給他們最高信心，認為Entrepix處理的晶片和本廠處理的晶片很難區分。
晶片產品從ST運輸到Entrepix處理後運回ST需要特別的程序來保防晶片的破損及意外的暴露在不潔的環境。每一堵產品的運送者和產品包裝輸單、處理過程記錄、輸貨記錄、會計記錄等等都存有仔細和準確的紀錄。一旦程序錯誤都改正後，這些系統只需處理職員輕易地的上裝就可有效的進行使用。
為保持一個複雜產品系統，例如外包CMP的優越性，需要勤奮和注意細節。Entrepix鑄造廠操作是ISO9001-2000認證的，並且不斷的積極改進各級處理程式的資質。ST通常去查視中途進行中的資料，及終點的出產量來確定由Entrepix拋光的晶片能精確地執行所預期的程序。任何的操作過程都可作定期的會議或依ST的要求隨時審查。
最近在一個4個星期的期間，ST面對強烈的生產需求以及由於其中一個高生產量CMP離線改良設備而損失部分內部的生產容量。Entrepix能迅速地分配附加容量，並且提供立即的支持，幫助避免一個嚴厲的CMP瓶頸狀況。在這次簡短的時間內、Entrepix處理了12,000個薄膜晶片，使ST能實現生產目標，並且沒有危害任何的品質或產量。
時間總是有限的。通過與外包提供者合作，可隨時提供靈活的處理模組容量，製造廠可立即應付突然增量的市場需求並獲取額外的收入。在操作的過程上，有些的時間用在運輸超出內部週轉的外包的晶片。然而，在真實的經驗顯示，當處理一個特殊流程模塊超出內部的週轉期時，全由內部處理沒有比外包的時間性有益，並且外包在實際的處理週期有巨大改進。
摘要
STMicroelectronics委外部分的CMP流程給Entrepix是比增加安裝工廠內部的CMP工具設備較有效的選擇。這個結果是增強總工廠的利用，以及晶片的高度生產，使ST能比其他方式更能快速地達成顧客的訂購量。另外，部份CMP委外，能使ST充分應用工廠的容量，減少資本外流，而且可維持靈活性及迅速反應產品需求的變化。
對於許多工廠來說，外包一個或幾個關鍵過程來增加整體內部工廠的運用比設備流程的完全外包是更有引力的選擇。通過Entrepix，CMP流程已成為少數的流程模組中的一個有效的委外流程。SST-AP/Taiwan
圖一：25個空白薄膜氧化晶片在ST的IPEC CMP系統上消除率一致。
圖二：SEM相片展示每一個過程研磨後的鎢栓。(a)ST製程(b) Entrepix製程#1(c) Entrepix製程#2。 |
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