Penjelasan lengkap tentang proses pembuatan cip (1/2): daripada wafer kepada pembungkusan dan ujian

Pengilangan setiap produk semikonduktor memerlukan beratus-ratus proses, dan keseluruhan proses pembuatan dibahagikan kepada lapan langkah:pemprosesan wafer - pengoksidaan - fotolitografi - goresan - pemendapan filem nipis - perhubungan - ujian - pembungkusan.

Langkah 1:Pemprosesan wafer

Semua proses semikonduktor bermula dengan sebutir pasir! Kerana silikon yang terkandung dalam pasir adalah bahan mentah yang diperlukan untuk menghasilkan wafer. Wafer ialah kepingan bulat yang dipotong daripada silinder kristal tunggal yang diperbuat daripada silikon (Si) atau galium arsenide (GaAs). Untuk mengekstrak bahan silikon ketulenan tinggi, pasir silika, bahan khas dengan kandungan silikon dioksida sehingga 95%, diperlukan, yang juga merupakan bahan mentah utama untuk membuat wafer. Pemprosesan wafer ialah proses membuat wafer di atas.

Tuangan jongkong

Pertama, pasir perlu dipanaskan untuk memisahkan karbon monoksida dan silikon di dalamnya, dan proses itu diulang sehingga silikon gred elektronik ketulenan ultra tinggi (EG-Si) diperolehi. Silikon ketulenan tinggi cair menjadi cecair dan kemudian menjadi pepejal kristal tunggal, dipanggil "ingot", yang merupakan langkah pertama dalam pembuatan semikonduktor.

Ketepatan pembuatan jongkong silikon (tiang silikon) adalah sangat tinggi, mencapai tahap nanometer, dan kaedah pembuatan yang digunakan secara meluas ialah kaedah Czochralski.

Pemotongan jongkong

Selepas langkah sebelumnya selesai, adalah perlu untuk memotong kedua-dua hujung jongkong dengan gergaji berlian dan kemudian memotongnya menjadi kepingan nipis dengan ketebalan tertentu. Diameter kepingan jongkong menentukan saiz wafer. Wafer yang lebih besar dan nipis boleh dibahagikan kepada unit yang lebih boleh digunakan, yang membantu mengurangkan kos pengeluaran. Selepas memotong jongkong silikon, perlu menambah tanda "kawasan rata" atau "lekuk" pada kepingan untuk memudahkan penetapan arah pemprosesan sebagai piawai dalam langkah seterusnya.

Penggilap permukaan wafer

Potongan yang diperoleh melalui proses pemotongan di atas dipanggil "wafer kosong", iaitu, "wafer mentah" yang tidak diproses. Permukaan wafer kosong tidak rata dan corak litar tidak boleh dicetak terus padanya. Oleh itu, perlu terlebih dahulu membuang kecacatan permukaan melalui proses pengisaran dan goresan kimia, kemudian menggilap untuk membentuk permukaan licin, dan kemudian mengeluarkan sisa bahan cemar melalui pembersihan untuk mendapatkan wafer siap dengan permukaan yang bersih.

Langkah 2: Pengoksidaan

Peranan proses pengoksidaan adalah untuk membentuk lapisan pelindung pada permukaan wafer. Ia melindungi wafer daripada kekotoran kimia, menghalang arus bocor daripada memasuki litar, menghalang resapan semasa implantasi ion, dan menghalang wafer daripada tergelincir semasa etsa.

Langkah pertama proses pengoksidaan ialah membuang kekotoran dan bahan cemar. Ia memerlukan empat langkah untuk membuang bahan organik, kekotoran logam dan menyejat sisa air. Selepas pembersihan, wafer boleh diletakkan dalam persekitaran suhu tinggi 800 hingga 1200 darjah Celsius, dan lapisan silikon dioksida (iaitu "oksida") dibentuk oleh aliran oksigen atau wap pada permukaan wafer. Oksigen meresap melalui lapisan oksida dan bertindak balas dengan silikon untuk membentuk lapisan oksida dengan ketebalan yang berbeza-beza, dan ketebalannya boleh diukur selepas pengoksidaan selesai.

Pengoksidaan kering dan pengoksidaan basah Bergantung kepada pengoksidaan yang berbeza dalam tindak balas pengoksidaan, proses pengoksidaan terma boleh dibahagikan kepada pengoksidaan kering dan pengoksidaan basah. Yang pertama menggunakan oksigen tulen untuk menghasilkan lapisan silikon dioksida, yang perlahan tetapi lapisan oksida nipis dan padat. Yang terakhir memerlukan kedua-dua oksigen dan wap air yang sangat larut, yang dicirikan oleh kadar pertumbuhan yang cepat tetapi lapisan pelindung yang agak tebal dengan ketumpatan yang rendah.

Sebagai tambahan kepada oksidan, terdapat pembolehubah lain yang mempengaruhi ketebalan lapisan silikon dioksida. Pertama, struktur wafer, kecacatan permukaannya dan kepekatan doping dalaman akan menjejaskan kadar penjanaan lapisan oksida. Di samping itu, lebih tinggi tekanan dan suhu yang dihasilkan oleh peralatan pengoksidaan, lebih cepat lapisan oksida akan dihasilkan. Semasa proses pengoksidaan, ia juga perlu menggunakan helaian tiruan mengikut kedudukan wafer dalam unit untuk melindungi wafer dan mengurangkan perbezaan tahap pengoksidaan.

Langkah 3: Fotolitografi

Fotolitografi adalah untuk "mencetak" corak litar pada wafer melalui cahaya. Kita boleh memahaminya sebagai melukis peta satah yang diperlukan untuk pembuatan semikonduktor pada permukaan wafer. Semakin tinggi kehalusan corak litar, semakin tinggi integrasi cip siap, yang mesti dicapai melalui teknologi fotolitografi canggih. Secara khusus, fotolitografi boleh dibahagikan kepada tiga langkah: photoresist salutan, pendedahan dan pembangunan.

Salutan

Langkah pertama melukis litar pada wafer ialah menyalut photoresist pada lapisan oksida. Photoresist menjadikan wafer sebagai "kertas foto" dengan menukar sifat kimianya. Lebih nipis lapisan fotoresist pada permukaan wafer, lebih seragam salutan, dan lebih halus corak yang boleh dicetak. Langkah ini boleh dilakukan dengan kaedah "spin coating". Mengikut perbezaan kereaktifan cahaya (ultraungu), photoresists boleh dibahagikan kepada dua jenis: positif dan negatif. Yang pertama akan terurai dan hilang selepas terdedah kepada cahaya, meninggalkan corak kawasan yang tidak terdedah, manakala yang kedua akan berpolimer selepas terdedah kepada cahaya dan menjadikan corak bahagian terdedah kelihatan.

Dedahan

Selepas filem photoresist diliputi pada wafer, percetakan litar boleh diselesaikan dengan mengawal pendedahan cahaya. Proses ini dipanggil "pendedahan". Kami secara selektif boleh menghantar cahaya melalui peralatan pendedahan. Apabila cahaya melalui topeng yang mengandungi corak litar, litar boleh dicetak pada wafer yang disalut dengan filem photoresist di bawah.

Semasa proses pendedahan, lebih halus corak cetakan, lebih banyak komponen cip akhir boleh menampung, yang membantu meningkatkan kecekapan pengeluaran dan mengurangkan kos setiap komponen. Dalam bidang ini, teknologi baharu yang kini menarik perhatian ramai ialah litografi EUV. Kumpulan Penyelidikan Lam telah bersama-sama membangunkan teknologi fotoresist filem kering baharu dengan rakan kongsi strategik ASML dan imec. Teknologi ini boleh meningkatkan produktiviti dan hasil proses pendedahan litografi EUV dengan meningkatkan resolusi (faktor utama dalam lebar litar penalaan halus).

Pembangunan

Langkah selepas pendedahan ialah menyembur pembangun pada wafer, tujuannya adalah untuk mengeluarkan photoresist di kawasan corak yang tidak dilindungi, supaya corak litar bercetak dapat didedahkan. Selepas pembangunan selesai, ia perlu diperiksa oleh pelbagai peralatan pengukur dan mikroskop optik untuk memastikan kualiti gambar rajah litar.

Langkah 4: Mengukir

Selepas fotolitografi rajah litar dilengkapkan pada wafer, proses goresan digunakan untuk mengeluarkan sebarang filem oksida yang berlebihan dan hanya meninggalkan gambar rajah litar semikonduktor. Untuk melakukan ini, cecair, gas atau plasma digunakan untuk mengeluarkan bahagian berlebihan yang dipilih. Terdapat dua kaedah utama goresan, bergantung pada bahan yang digunakan: goresan basah menggunakan larutan kimia khusus untuk bertindak balas secara kimia untuk mengeluarkan filem oksida, dan goresan kering menggunakan gas atau plasma.

Goresan basah

Goresan basah menggunakan larutan kimia untuk mengeluarkan filem oksida mempunyai kelebihan kos rendah, kelajuan goresan cepat dan produktiviti tinggi. Walau bagaimanapun, etsa basah adalah isotropik, iaitu, kelajuannya adalah sama dalam mana-mana arah. Ini menyebabkan topeng (atau filem sensitif) tidak diselaraskan sepenuhnya dengan filem oksida yang terukir, jadi sukar untuk memproses gambar rajah litar yang sangat halus.

Goresan Kering

Goresan kering boleh dibahagikan kepada tiga jenis yang berbeza. Yang pertama ialah goresan kimia, yang menggunakan gas etsa (terutamanya hidrogen fluorida). Seperti goresan basah, kaedah ini adalah isotropik, yang bermaksud ia tidak sesuai untuk goresan halus.

Kaedah kedua ialah percikan fizikal, yang menggunakan ion dalam plasma untuk memberi kesan dan mengeluarkan lapisan oksida yang berlebihan. Sebagai kaedah goresan anisotropik, goresan sputtering mempunyai kadar goresan yang berbeza dalam arah mendatar dan menegak, jadi kehalusannya juga lebih baik daripada goresan kimia. Walau bagaimanapun, kelemahan kaedah ini ialah kelajuan etsa adalah perlahan kerana ia bergantung sepenuhnya kepada tindak balas fizikal yang disebabkan oleh perlanggaran ion.

Kaedah ketiga terakhir ialah etsa ion reaktif (RIE). RIE menggabungkan dua kaedah pertama, iaitu, semasa menggunakan plasma untuk etsa fizikal pengionan, etsa kimia dijalankan dengan bantuan radikal bebas yang dihasilkan selepas pengaktifan plasma. Sebagai tambahan kepada kelajuan etsa yang melebihi dua kaedah pertama, RIE boleh menggunakan ciri anisotropik ion untuk mencapai etsa corak ketepatan tinggi.

Hari ini, etsa kering telah digunakan secara meluas untuk meningkatkan hasil litar semikonduktor halus. Mengekalkan keseragaman goresan wafer penuh dan meningkatkan kelajuan goresan adalah kritikal, dan peralatan goresan kering yang paling canggih hari ini menyokong pengeluaran logik dan cip memori yang paling canggih dengan prestasi yang lebih tinggi.

VeTek Semiconductor ialah pengilang profesional Cina bagiSalutan Tantalum Carbide, Salutan Silikon Karbida, Grafit Khas, Seramik Silicon CarbidedanSeramik Semikonduktor Lain. VeTek Semiconductor komited untuk menyediakan penyelesaian termaju untuk pelbagai produk Wafer SiC untuk industri semikonduktor.

Jika anda berminat dengan produk di atas, sila hubungi kami terus.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E-mel: anny@veteksemi.com