Pełne wyjaśnienie procesu produkcji chipów (1/2): od płytki po pakowanie i testowanie

Produkcja każdego produktu półprzewodnikowego wymaga setek procesów, a cały proces produkcyjny jest podzielony na osiem etapów:obróbka wafli - utlenianie - fotolitografia - akwaforta - osadzanie cienkiej warstwy - korelacja - testowanie - opakowanie.

Krok 1:Obróbka wafli

Wszystkie procesy półprzewodnikowe zaczynają się od ziarenka piasku! Ponieważ krzem zawarty w piasku jest surowcem potrzebnym do produkcji płytek. Wafle to okrągłe plastry wycięte z cylindrów monokrystalicznych wykonanych z krzemu (Si) lub arsenku galu (GaAs). Do ekstrakcji materiałów krzemowych o wysokiej czystości potrzebny jest piasek krzemionkowy, specjalny materiał o zawartości dwutlenku krzemu do 95%, który jest jednocześnie głównym surowcem do produkcji płytek. Obróbka wafli to proces wytwarzania powyższych wafli.

Odlewanie wlewków

Najpierw piasek należy podgrzać, aby oddzielić zawarty w nim tlenek węgla i krzem, a proces ten powtarza się aż do uzyskania krzemu elektronicznego o ultrawysokiej czystości (EG-Si). Krzem o wysokiej czystości topi się w ciecz, a następnie krzepnie w monokrystaliczną postać stałą, zwaną „wlewkiem”, co jest pierwszym krokiem w produkcji półprzewodników.

Precyzja wykonania wlewków krzemowych (słupów krzemowych) jest bardzo wysoka, sięgająca poziomu nanometrów, a powszechnie stosowaną metodą wytwarzania jest metoda Czochralskiego.

Cięcie wlewków

Po zakończeniu poprzedniego kroku należy odciąć piłą diamentową oba końce wlewka, a następnie pokroić go w cienkie plasterki o określonej grubości. Średnica plastra wlewka określa wielkość wafla. Większe i cieńsze wafle można podzielić na bardziej użyteczne jednostki, co pozwala obniżyć koszty produkcji. Po pocięciu wlewka krzemowego należy na plastrach nanieść „płaską powierzchnię” lub „wgniecenie”, aby ułatwić standardowe ustawienie kierunku obróbki w kolejnych krokach.

Polerowanie powierzchni płytek

Plastry otrzymane w powyższym procesie cięcia nazywane są „gołymi waflami”, czyli nieprzetworzonymi „surowymi waflami”. Powierzchnia gołej płytki jest nierówna i nie można na niej bezpośrednio wydrukować wzoru obwodu. Dlatego należy najpierw usunąć defekty powierzchni poprzez procesy szlifowania i trawienia chemicznego, następnie wypolerować do uzyskania gładkiej powierzchni, a następnie usunąć resztkowe zanieczyszczenia poprzez czyszczenie, aby uzyskać gotową płytkę o czystej powierzchni.

Krok 2: Utlenianie

Rolą procesu utleniania jest utworzenie filmu ochronnego na powierzchni płytki. Chroni płytkę przed zanieczyszczeniami chemicznymi, zapobiega przedostawaniu się prądu upływowego do obwodu, zapobiega dyfuzji podczas implantacji jonów i zapobiega ślizganiu się płytki podczas trawienia.

Pierwszym etapem procesu utleniania jest usunięcie zanieczyszczeń i substancji zanieczyszczających. Wymaga czterech etapów usunięcia materii organicznej, zanieczyszczeń metalicznych i odparowania resztek wody. Po oczyszczeniu płytkę można umieścić w środowisku o wysokiej temperaturze od 800 do 1200 stopni Celsjusza, a warstwa dwutlenku krzemu (tj. „tlenku”) tworzy się w wyniku przepływu tlenu lub pary po powierzchni płytki. Tlen dyfunduje przez warstwę tlenku i reaguje z krzemem, tworząc warstwę tlenku o różnej grubości, której grubość można zmierzyć po zakończeniu utleniania.

Utlenianie na sucho i utlenianie na mokro W zależności od różnych utleniaczy biorących udział w reakcji utleniania, proces utleniania termicznego można podzielić na utlenianie na sucho i utlenianie na mokro. Ten pierwszy wykorzystuje czysty tlen do wytworzenia warstwy dwutlenku krzemu, która jest powolna, ale warstwa tlenku jest cienka i gęsta. Ten ostatni wymaga zarówno tlenu, jak i dobrze rozpuszczalnej pary wodnej, która charakteryzuje się szybkim tempem wzrostu, ale stosunkowo grubą warstwą ochronną o małej gęstości.

Oprócz utleniacza istnieją inne zmienne, które wpływają na grubość warstwy dwutlenku krzemu. Po pierwsze, struktura płytki, jej defekty powierzchniowe i wewnętrzne stężenie domieszki będą miały wpływ na szybkość wytwarzania warstwy tlenkowej. Ponadto im wyższe ciśnienie i temperatura generowane przez sprzęt do utleniania, tym szybciej będzie generowana warstwa tlenku. Podczas procesu utleniania konieczne jest również użycie atrapy arkusza zgodnie z położeniem płytki w urządzeniu, aby chronić płytkę i zmniejszyć różnicę w stopniu utlenienia.

Krok 3: Fotolitografia

Fotolitografia polega na „drukowaniu” wzoru obwodu na płytce za pomocą światła. Możemy to rozumieć jako narysowanie na powierzchni płytki mapy płaskiej wymaganej do produkcji półprzewodników. Im większa dokładność wzoru obwodu, tym większa integracja gotowego chipa, co należy osiągnąć dzięki zaawansowanej technologii fotolitografii. W szczególności fotolitografię można podzielić na trzy etapy: powlekanie fotomaski, naświetlanie i wywoływanie.

Powłoka

Pierwszym krokiem w narysowaniu obwodu na płytce jest nałożenie fotorezystu na warstwę tlenku. Fotorezyst sprawia, że ​​opłatek staje się „papierem fotograficznym”, zmieniając jego właściwości chemiczne. Im cieńsza warstwa fotomaski na powierzchni płytki, tym bardziej jednolita powłoka i tym delikatniejszy wzór można wydrukować. Ten etap można wykonać metodą „powlekania wirowego”. Ze względu na różnicę w reaktywności na światło (ultrafiolet) fotomaski można podzielić na dwa typy: dodatnie i ujemne. Te pierwsze ulegną rozkładowi i znikną pod wpływem światła, pozostawiając wzór na nienaświetlonym obszarze, natomiast te drugie ulegną polimeryzacji pod wpływem światła i sprawią, że pojawi się wzór na odsłoniętej części.

Narażenie

Po pokryciu płytki fotorezystem drukowanie obwodu można zakończyć, kontrolując ekspozycję na światło. Proces ten nazywany jest „ekspozycją”. Możemy selektywnie przepuszczać światło przez sprzęt naświetlający. Gdy światło przechodzi przez maskę zawierającą wzór obwodu, obwód można wydrukować na płytce pokrytej znajdującą się poniżej folią fotorezystyczną.

Podczas procesu naświetlania im drobniejszy jest wydrukowany wzór, tym więcej komponentów może pomieścić końcowy chip, co pomaga poprawić wydajność produkcji i obniżyć koszt każdego komponentu. W tej dziedzinie nową technologią, która obecnie cieszy się dużym zainteresowaniem, jest litografia EUV. Grupa badawcza Lam wspólnie opracowała nową technologię fotomaski suchej ze strategicznymi partnerami, firmami ASML i imec. Technologia ta może znacznie poprawić produktywność i wydajność procesu naświetlania litograficznego EUV poprzez poprawę rozdzielczości (kluczowy czynnik przy precyzyjnym dostrajaniu szerokości obwodu).

Development

Kolejnym krokiem po naświetleniu jest natryskiwanie wywoływacza na płytkę, co ma na celu usunięcie fotomaski z odsłoniętego obszaru wzoru, tak aby można było odsłonić wzór obwodu drukowanego. Po zakończeniu opracowywania należy go sprawdzić za pomocą różnych urządzeń pomiarowych i mikroskopów optycznych, aby zapewnić jakość schematu obwodu.

Krok 4: Wytrawianie

Po zakończeniu fotolitografii schematu obwodu na płytce stosuje się proces trawienia w celu usunięcia nadmiaru warstwy tlenku i pozostawienia jedynie schematu obwodu półprzewodnika. W tym celu za pomocą cieczy, gazu lub plazmy usuwa się wybrane nadmiarowe części. Istnieją dwie główne metody trawienia, w zależności od zastosowanych substancji: trawienie na mokro przy użyciu określonego roztworu chemicznego w celu reakcji chemicznej w celu usunięcia warstwy tlenku oraz trawienie na sucho przy użyciu gazu lub plazmy.

Trawienie na mokro

Trawienie na mokro przy użyciu roztworów chemicznych do usuwania warstw tlenków ma zalety w postaci niskiego kosztu, dużej szybkości trawienia i wysokiej wydajności. Trawienie na mokro jest jednak izotropowe, to znaczy jego prędkość jest taka sama w każdym kierunku. Powoduje to, że maska ​​(lub wrażliwa folia) nie jest całkowicie wyrównana z wytrawioną warstwą tlenku, dlatego trudno jest przetwarzać bardzo dokładne schematy obwodów.

Trawienie na sucho

Trawienie na sucho można podzielić na trzy różne typy. Pierwszą z nich jest trawienie chemiczne, w którym wykorzystuje się gazy trawiące (głównie fluorowodór). Podobnie jak trawienie na mokro, metoda ta jest izotropowa, co oznacza, że ​​nie nadaje się do precyzyjnego trawienia.

Drugą metodą jest rozpylanie fizyczne, które wykorzystuje jony zawarte w plazmie do uderzenia i usunięcia nadmiaru warstwy tlenku. Jako metoda trawienia anizotropowego, trawienie przez rozpylanie ma różną szybkość trawienia w kierunku poziomym i pionowym, więc jego dokładność jest również lepsza niż trawienie chemiczne. Jednak wadą tej metody jest to, że szybkość trawienia jest mała, ponieważ opiera się całkowicie na reakcji fizycznej spowodowanej zderzeniem jonów.

Ostatnią trzecią metodą jest trawienie jonami reaktywnymi (RIE). RIE łączy w sobie dwie pierwsze metody, czyli przy wykorzystaniu plazmy do trawienia fizycznego jonizacyjnego, trawienie chemiczne przeprowadza się za pomocą wolnych rodników powstałych po aktywacji plazmy. Oprócz szybkości trawienia przekraczającej dwie pierwsze metody, RIE może wykorzystać anizotropowe właściwości jonów, aby uzyskać bardzo precyzyjne trawienie wzoru.

Obecnie trawienie na sucho jest szeroko stosowane w celu poprawy wydajności drobnych obwodów półprzewodnikowych. Utrzymanie jednorodności wytrawiania całych płytek i zwiększanie szybkości wytrawiania mają kluczowe znaczenie, a dzisiejszy najbardziej zaawansowany sprzęt do wytrawiania na sucho wspiera produkcję najbardziej zaawansowanych układów logicznych i pamięci o wyższej wydajności.

VeTek Semiconductor to profesjonalny chiński producentPowłoka z węglika tantalu, Powłoka z węglika krzemu, Specjalny grafit, Ceramika z węglika krzemuIInna ceramika półprzewodnikowa. Firma VeTek Semiconductor angażuje się w dostarczanie zaawansowanych rozwiązań dla różnych produktów waflowych SiC dla przemysłu półprzewodników.

Jeżeli są Państwo zainteresowani powyższymi produktami, prosimy o bezpośredni kontakt.  

Tłum: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-mail: anny@veteksemi.com