Пълно обяснение на процеса на производство на чипове (1/2): от вафла до опаковане и тестване

Производството на всеки полупроводников продукт изисква стотици процеси и целият производствен процес е разделен на осем стъпки:обработка на вафли - окисление - фотолитография - офорт - отлагане на тънък слой - взаимно свързване - тестване - опаковка.

Стъпка 1:Обработка на вафли

Всички полупроводникови процеси започват с песъчинка! Тъй като съдържащият се в пясъка силиций е суровината, необходима за производството на вафли. Вафлите са кръгли резени, изрязани от монокристални цилиндри, направени от силиций (Si) или галиев арсенид (GaAs). За извличане на силициеви материали с висока чистота е необходим силициев пясък, специален материал със съдържание на силициев диоксид до 95%, който е и основната суровина за направата на вафли. Обработката на вафли е процесът на производство на горните вафли.

Леене на блокове

Първо, пясъкът трябва да се нагрее, за да се отделят въглеродният окис и силицият в него, и процесът се повтаря, докато се получи електронен клас силиций с ултрависока чистота (EG-Si). Силицият с висока чистота се топи в течност и след това се втвърдява в единична кристална твърда форма, наречена "слитък", което е първата стъпка в производството на полупроводници.

Производствената прецизност на силициевите блокове (силициеви колони) е много висока, достигайки нанометрово ниво, а широко използваният метод на производство е методът на Чохралски.

Рязане на блокове

След като приключите с предишната стъпка, е необходимо да отрежете двата края на слитъка с диамантен трион и след това да го нарежете на тънки резени с определена дебелина. Диаметърът на парчето слитък определя размера на вафлата. По-големите и по-тънки вафли могат да бъдат разделени на по-използваеми единици, което спомага за намаляване на производствените разходи. След рязане на силициевия слитък е необходимо да се добавят маркировки "плоска зона" или "вдлъбнатина" върху срезовете, за да се улесни определянето на посоката на обработка като стандарт в следващите стъпки.

Полиране на повърхността на вафли

Резените, получени чрез горния процес на рязане, се наричат ​​"голи вафли", тоест непреработени "сурови вафли". Повърхността на оголената пластина е неравна и моделът на веригата не може да бъде отпечатан директно върху нея. Следователно е необходимо първо да се отстранят повърхностните дефекти чрез процеси на шлайфане и химическо ецване, след това да се полират, за да се образува гладка повърхност и след това да се отстранят остатъчните замърсители чрез почистване, за да се получи завършена пластина с чиста повърхност.

Стъпка 2: Окисляване

Ролята на процеса на окисляване е да образува защитен филм върху повърхността на пластината. Той предпазва пластината от химически примеси, предотвратява навлизането на ток на утечка във веригата, предотвратява дифузията по време на имплантиране на йони и предотвратява подхлъзване на пластината по време на ецване.

Първата стъпка от процеса на окисление е премахването на примеси и замърсители. Изисква четири стъпки за отстраняване на органични вещества, метални примеси и изпаряване на остатъчната вода. След почистване, пластината може да бъде поставена в среда с висока температура от 800 до 1200 градуса по Целзий и слой от силициев диоксид (т.е. „оксид“) се образува от потока на кислород или пара върху повърхността на пластината. Кислородът дифундира през оксидния слой и реагира със силиций, за да образува оксиден слой с различна дебелина и дебелината му може да бъде измерена след завършване на окисляването.

Сухо окисление и мокро окисление В зависимост от различните окислители в реакцията на окисление, процесът на термично окисление може да бъде разделен на сухо окисление и мокро окисление. Първият използва чист кислород, за да произведе слой от силициев диоксид, който е бавен, но оксидният слой е тънък и плътен. Последното изисква както кислород, така и силно разтворима водна пара, която се характеризира с бърз темп на растеж, но относително дебел защитен слой с ниска плътност.

В допълнение към окислителя, има и други променливи, които влияят на дебелината на слоя силициев диоксид. Първо, структурата на пластината, нейните повърхностни дефекти и вътрешната концентрация на допинг ще повлияят на скоростта на генериране на оксиден слой. В допълнение, колкото по-високи са налягането и температурата, генерирани от оборудването за окисление, толкова по-бързо ще се генерира оксидният слой. По време на процеса на окисление също е необходимо да се използва фиктивен лист според позицията на пластината в модула, за да се защити пластината и да се намали разликата в степента на окисление.

Стъпка 3: Фотолитография

Фотолитографията е да "отпечата" модела на веригата върху пластината чрез светлина. Можем да го разберем като чертане на равнинната карта, необходима за производството на полупроводници върху повърхността на пластината. Колкото по-висока е фиността на модела на веригата, толкова по-висока е интеграцията на готовия чип, което трябва да се постигне чрез усъвършенствана фотолитографска технология. По-конкретно, фотолитографията може да бъде разделена на три стъпки: нанасяне на фоторезист, експониране и проявяване.

Покритие

Първата стъпка от изчертаването на верига върху пластина е да се покрие фоторезистът върху оксидния слой. Фоторезистът прави вафлата "фотохартия", като променя нейните химични свойства. Колкото по-тънък е слоят фоторезист върху повърхността на вафлата, толкова по-равномерно е покритието и толкова по-фин моделът може да бъде отпечатан. Тази стъпка може да бъде направена чрез метода на "покритие със завъртане". Според разликата в светлинната (ултравиолетовата) реактивност фоторезистите могат да бъдат разделени на два вида: положителни и отрицателни. Първият ще се разложи и ще изчезне след излагане на светлина, оставяйки модела на неекспонираната област, докато вторият ще се полимеризира след излагане на светлина и ще направи модела на експонираната част да се появи.

Излагане

След като фоторезистният филм е покрит върху подложката, отпечатването на веригата може да бъде завършено чрез контролиране на излагането на светлина. Този процес се нарича "излагане". Можем избирателно да пропускаме светлина през оборудването за експозиция. Когато светлината преминава през маската, съдържаща модела на веригата, веригата може да бъде отпечатана върху пластината, покрита с фоторезистентния филм отдолу.

По време на процеса на експониране, колкото по-фин е отпечатаният шаблон, толкова повече компоненти може да побере крайният чип, което спомага за подобряване на производствената ефективност и намаляване на цената на всеки компонент. В тази област новата технология, която в момента привлича голямо внимание, е EUV литографията. Lam Research Group разработи съвместно нова технология за фоторезист със сух филм със стратегическите партньори ASML и imec. Тази технология може значително да подобри производителността и добива на процеса на експониране на EUV литография чрез подобряване на разделителната способност (ключов фактор за фина настройка на ширината на веригата).

развитие

Стъпката след излагането е да се напръска проявителя върху пластината, целта е да се премахне фоторезистът в непокритата област на шаблона, така че шаблонът на печатната схема да може да се разкрие. След като разработката приключи, тя трябва да бъде проверена с различно измервателно оборудване и оптични микроскопи, за да се гарантира качеството на електрическата схема.

Стъпка 4: Офорт

След завършване на фотолитографията на електрическата схема върху подложката се използва процес на ецване, за да се отстрани всеки излишен оксиден филм и да се остави само електрическата схема на полупроводника. За целта се използва течност, газ или плазма за отстраняване на избраните излишни части. Има два основни метода на ецване, в зависимост от използваните вещества: мокро ецване с използване на специфичен химически разтвор за химическа реакция за отстраняване на оксидния филм и сухо ецване с използване на газ или плазма.

Мокро ецване

Мокрото ецване с помощта на химически разтвори за отстраняване на оксидни филми има предимствата на ниска цена, бърза скорост на ецване и висока производителност. Мокрото ецване обаче е изотропно, т.е. неговата скорост е еднаква във всяка посока. Това кара маската (или чувствителния филм) да не бъде напълно подравнена с гравирания оксиден филм, така че е трудно да се обработват много фини схеми на веригата.

Сухо ецване

Сухото ецване може да бъде разделено на три различни вида. Първият е химическо ецване, което използва ецващи газове (основно флуороводород). Подобно на мокрото ецване, този метод е изотропен, което означава, че не е подходящ за фино ецване.

Вторият метод е физическо разпръскване, което използва йони в плазмата за въздействие и отстраняване на излишния оксиден слой. Като анизотропен метод на ецване, ецването чрез разпрашаване има различни скорости на ецване в хоризонтална и вертикална посока, така че неговата финост също е по-добра от химическото ецване. Недостатъкът на този метод обаче е, че скоростта на ецване е бавна, тъй като разчита изцяло на физическата реакция, причинена от сблъсък на йони.

Последният трети метод е реактивно йонно ецване (RIE). RIE съчетава първите два метода, тоест докато се използва плазма за йонизационно физическо ецване, химическото ецване се извършва с помощта на свободни радикали, генерирани след плазмена активация. В допълнение към скоростта на ецване, надвишаваща първите два метода, RIE може да използва анизотропните характеристики на йони, за да постигне високо прецизно ецване на модела.

Днес сухото ецване се използва широко за подобряване на добива на фини полупроводникови вериги. Поддържането на еднаквост при ецване на цялата пластина и увеличаването на скоростта на ецване са от решаващо значение и днешното най-модерно оборудване за сухо ецване поддържа производството на най-модерните логически и памет чипове с по-висока производителност.

VeTek Semiconductor е професионален китайски производител наПокритие от танталов карбид, Покритие от силициев карбид, Специален графит, Керамика от силициев карбидиДруга полупроводникова керамика. VeTek Semiconductor се ангажира да предоставя усъвършенствани решения за различни SiC Wafer продукти за полупроводниковата индустрия.

Ако се интересувате от горните продукти, не се колебайте да се свържете директно с нас.  

Моб.: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

Имейл: anny@veteksemi.com