Μια πλήρης εξήγηση της διαδικασίας κατασκευής τσιπ (1/2): από το πλακίδιο έως τη συσκευασία και τη δοκιμή

Η κατασκευή κάθε προϊόντος ημιαγωγών απαιτεί εκατοντάδες διαδικασίες και ολόκληρη η διαδικασία παραγωγής χωρίζεται σε οκτώ βήματα:επεξεργασία με δίσκο - οξείδωση - φωτολιθογραφία - χαλκογραφία - εναπόθεση λεπτού φιλμ - ενδοσύνδεση - δοκιμασία - συσκευασία.

Βήμα 1:Επεξεργασία με δίσκο

Όλες οι διαδικασίες ημιαγωγών ξεκινούν με ένα κόκκο άμμου! Επειδή το πυρίτιο που περιέχεται στην άμμο είναι η πρώτη ύλη που απαιτείται για την παραγωγή πλακιδίων. Οι γκοφρέτες είναι στρογγυλές φέτες που κόβονται από κυλίνδρους μεμονωμένων κρυστάλλων από πυρίτιο (SI) ή αρσενίδιο γαλλίου (GaAs). Για την εξαγωγή υλικών πυριτίου υψηλής καθαρότητας, απαιτείται άμμος πυριτίας, ένα ειδικό υλικό με περιεκτικότητα σε διοξείδιο του πυριτίου μέχρι 95%, απαιτείται, η οποία είναι επίσης η κύρια πρώτη ύλη για την κατασκευή πλακιδίων. Η επεξεργασία των πλακιδίων είναι η διαδικασία κατασκευής των παραπάνω πλακών.

Χύτευση

Πρώτον, η άμμος πρέπει να θερμαίνεται για να διαχωριστεί το μονοξείδιο του άνθρακα και το πυρίτιο σε αυτό και η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να ληφθεί το πυρίτιο ηλεκτρονικού βαθμού (EG-SI). Το πυρίτιο υψηλής καθαρότητας λιώνει σε υγρό και στη συνέχεια στερεοποιείται σε μία μόνο κρυσταλλική στερεή μορφή, που ονομάζεται "ingot", το οποίο είναι το πρώτο βήμα στην κατασκευή ημιαγωγών.

Η ακρίβεια κατασκευής των κιβωτίων πυριτίου (πυλώνες πυριτίου) είναι πολύ υψηλή, φτάνοντας στο επίπεδο νανομέτρου και η ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος κατασκευής είναι η μέθοδος Czochralski.

Κοπτική κοπή

Μετά την ολοκλήρωση του προηγούμενου βήματος, είναι απαραίτητο να κόψουμε τα δύο άκρα του πλίνου με πριόνι με διαμάντια και στη συνέχεια να το κόψουμε σε λεπτές φέτες ενός ορισμένου πάχους. Η διάμετρος της φέτα ingot καθορίζει το μέγεθος του δισκίου. Μεγαλύτερες και λεπτότερες πλακές μπορούν να χωριστούν σε πιο χρησιμοποιήσιμες μονάδες, οι οποίες συμβάλλουν στη μείωση του κόστους παραγωγής. Μετά την κοπή του κονσερβοποιημένου πυριτίου, είναι απαραίτητο να προσθέσετε σημάδια "επίπεδης περιοχής" ή "Dent" στις φέτες για να διευκολυνθεί η ρύθμιση της κατεύθυνσης επεξεργασίας ως πρότυπο στα επόμενα βήματα.

Στίλβωση επιφάνειας δίσκων

Οι φέτες που λαμβάνονται μέσω της παραπάνω διαδικασίας κοπής ονομάζονται "γυμνές γκοφρέτες", δηλαδή μη επεξεργασμένες "ακατέργαστες πλακές". Η επιφάνεια του γυμνού δίσκου είναι ανομοιογενής και το μοτίβο κυκλώματος δεν μπορεί να εκτυπωθεί απευθείας πάνω του. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να απομακρυνθούν πρώτα τα ελαττώματα επιφάνειας μέσω των διαδικασιών λείανσης και χημικής χάραξης, στη συνέχεια, γυαλιστερό για να σχηματίσουν μια ομαλή επιφάνεια και στη συνέχεια να αφαιρέσετε υπολειπόμενες μολυσματικές ουσίες μέσω καθαρισμού για να αποκτήσετε ένα τελικό δίσκο με καθαρή επιφάνεια.

Βήμα 2: Οξείδωση

Ο ρόλος της διαδικασίας οξείδωσης είναι να σχηματίσει μια προστατευτική μεμβράνη στην επιφάνεια του δίσκου. Προστατεύει το δίσκο από τις χημικές ακαθαρσίες, εμποδίζει την είσοδο του ρεύματος διαρροής στο κύκλωμα, αποτρέπει τη διάχυση κατά τη διάρκεια της εμφύτευσης ιόντων και εμποδίζει την ολίσθηση του δίσκου κατά τη χάραξη.

Το πρώτο βήμα της διαδικασίας οξείδωσης είναι η απομάκρυνση των ακαθαρσιών και των μολυσματικών ουσιών. Απαιτεί τέσσερα βήματα για την απομάκρυνση της οργανικής ύλης, τις μεταλλικές ακαθαρσίες και την εξάτμιση του υπολειμματικού νερού. Μετά τον καθαρισμό, το δίσκο μπορεί να τοποθετηθεί σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας από 800 έως 1200 βαθμούς Κελσίου και ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου (δηλ. "Οξείδιο") σχηματίζεται από τη ροή οξυγόνου ή ατμού στην επιφάνεια του δίσκου. Το οξυγόνο διαχέεται μέσω του στρώματος οξειδίου και αντιδρά με πυρίτιο για να σχηματίσει ένα στρώμα οξειδίου του μεταβαλλόμενου πάχους και το πάχος του μπορεί να μετρηθεί μετά την ολοκλήρωση της οξείδωσης.

Η ξηρή οξείδωση και η υγρή οξείδωση ανάλογα με τα διαφορετικά οξειδωτικά στην αντίδραση οξείδωσης, η διαδικασία θερμικής οξείδωσης μπορεί να χωριστεί σε ξηρή οξείδωση και υγρή οξείδωση. Ο πρώτος χρησιμοποιεί καθαρό οξυγόνο για να παράγει ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου, το οποίο είναι αργό, αλλά το στρώμα οξειδίου είναι λεπτό και πυκνό. Το τελευταίο απαιτεί τόσο οξυγόνο όσο και εξαιρετικά διαλυτά υδρατμούς, ο οποίος χαρακτηρίζεται από γρήγορο ρυθμό ανάπτυξης, αλλά ένα σχετικά παχύ προστατευτικό στρώμα με χαμηλή πυκνότητα.

Εκτός από το οξειδωτικό, υπάρχουν και άλλες μεταβλητές που επηρεάζουν το πάχος του στρώματος διοξειδίου του πυριτίου. Πρώτον, η δομή του δίσκου, τα επιφανειακά της ελαττώματα και η εσωτερική συγκέντρωση ντόπινγκ θα επηρεάσουν τον ρυθμό παραγωγής στρώματος οξειδίου. Επιπλέον, όσο υψηλότερη είναι η πίεση και η θερμοκρασία που παράγονται από τον εξοπλισμό οξείδωσης, τόσο πιο γρήγορα θα δημιουργηθεί το στρώμα οξειδίου. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας οξείδωσης, είναι επίσης απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ένα εικονικό φύλλο ανάλογα με τη θέση του δίσκου στη μονάδα για να προστατεύσει το δίσκο και να μειωθεί η διαφορά στο βαθμό οξείδωσης.

Βήμα 3: Φωτολιθογραφία

Η φωτολιθογραφία είναι να "εκτυπώσει" το μοτίβο κυκλώματος πάνω στο δίσκο μέσω του φωτός. Μπορούμε να το κατανοήσουμε ως αντλώντας τον χάρτη αεροπλάνου που απαιτείται για την κατασκευή ημιαγωγών στην επιφάνεια του δίσκου. Όσο υψηλότερη είναι η λεπτότητα του μοτίβου κυκλώματος, τόσο υψηλότερη είναι η ενσωμάτωση του τελικού τσιπ, το οποίο πρέπει να επιτευχθεί μέσω της προηγμένης τεχνολογίας φωτολιθογραφίας. Συγκεκριμένα, η φωτολιθογραφία μπορεί να χωριστεί σε τρία βήματα: φωτοβολίδα επικάλυψης, έκθεση και ανάπτυξη.

Επένδυση

Το πρώτο βήμα για την κατάρτιση ενός κυκλώματος σε ένα δίσκο είναι να επικαλύψετε τον φωτοανθεκτικό στο στρώμα οξειδίου. Το PhotorSist κάνει το δίσκο ένα "φωτογραφικό χαρτί" αλλάζοντας τις χημικές του ιδιότητες. Όσο πιο λεπτό είναι το στρώμα φωτοανθεκτικού στην επιφάνεια του δισκίου, τόσο πιο ομοιόμορφη είναι η επίστρωση και το λεπτότερο το μοτίβο που μπορεί να εκτυπωθεί. Αυτό το βήμα μπορεί να γίνει με τη μέθοδο "Επικάλυψης". Σύμφωνα με τη διαφορά στην αντιδραστικότητα του φωτός (υπεριώδους), οι φωτοανττιστές μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: θετικό και αρνητικό. Ο πρώτος θα αποσυντεθεί και θα εξαφανιστεί μετά την έκθεση στο φως, αφήνοντας το πρότυπο της μη εκτεθειμένης περιοχής, ενώ η τελευταία θα πολυμεριστεί μετά την έκθεση στο φως και θα εμφανιστεί το πρότυπο του εκτεθειμένου τμήματος.

Εκθεση

Αφού καλύπτεται η φιλμ φωτοαντιγραφής στο δίσκο, η εκτύπωση κυκλώματος μπορεί να ολοκληρωθεί ελέγχοντας την έκθεση στο φως. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται "έκθεση". Μπορούμε να περάσουμε επιλεκτικά το φως μέσω του εξοπλισμού έκθεσης. Όταν το φως διέρχεται από τη μάσκα που περιέχει το μοτίβο κυκλώματος, το κύκλωμα μπορεί να εκτυπωθεί στο δίσκο επικαλυμμένο με το φωτοαντιγραφικό φιλμ παρακάτω.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας έκθεσης, το λεπτότερο το τυπωμένο μοτίβο, τόσο περισσότερα εξαρτήματα μπορεί να φιλοξενήσει το τελικό τσιπ, το οποίο συμβάλλει στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της παραγωγής και τη μείωση του κόστους κάθε στοιχείου. Σε αυτόν τον τομέα, η νέα τεχνολογία που προσελκύει επί του παρόντος μεγάλη προσοχή είναι η EUV λιθογραφία. Η Lam Research Group έχει αναπτύξει από κοινού μια νέα τεχνολογία φωτοαντιδρασμάτων ξηρού φιλμ με στρατηγικούς εταίρους ASML και IMEC. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την παραγωγικότητα και την απόδοση της διαδικασίας έκθεσης της λιθογραφίας EUV βελτιώνοντας την ανάλυση (βασικός παράγοντας στο πλάτος του κυκλώματος τελειοποίησης).

Ανάπτυξη

Το βήμα μετά την έκθεση είναι να ψεκάσετε τον προγραμματιστή στο δίσκο, ο σκοπός είναι να αφαιρέσετε τον φωτοανθεκτικό στην ακάλυπτη περιοχή του σχεδίου, έτσι ώστε να μπορεί να αποκαλυφθεί το πρότυπο τυπωμένου κυκλώματος. Μετά την ολοκλήρωση της ανάπτυξης, πρέπει να ελεγχθεί με διάφορους εξοπλισμούς μέτρησης και οπτικά μικροσκόπια για να εξασφαλιστεί η ποιότητα του κυκλώματος.

Βήμα 4: Χάραξη

Μετά την ολοκλήρωση της φωτοβολιτογραφίας του διαγράμματος κυκλώματος στο δίσκο, χρησιμοποιείται μια διαδικασία χάραξης για την απομάκρυνση τυχόν περίσσειας μεμβράνης οξειδίου και αφήνει μόνο το διάγραμμα κυκλώματος ημιαγωγών. Για να γίνει αυτό, το υγρό, το αέριο ή το πλάσμα χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση των επιλεγμένων πλεονασματικών εξαρτημάτων. Υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι χάραξης, ανάλογα με τις χρησιμοποιούμενες ουσίες: η υγρή χάραξη χρησιμοποιώντας ένα συγκεκριμένο χημικό διάλυμα για να αντιδράσει χημικά για την απομάκρυνση της μεμβράνης οξειδίου και την ξηρή χάραξη χρησιμοποιώντας αέριο ή πλάσμα.

Υγρή χαρά

Η υγρή χάραξη χρησιμοποιώντας χημικά διαλύματα για την απομάκρυνση των μεμβρανών οξειδίου έχει τα πλεονεκτήματα χαμηλού κόστους, γρήγορης ταχύτητας χάραξης και υψηλής παραγωγικότητας. Ωστόσο, η υγρή χάραξη είναι ισότροπη, δηλαδή η ταχύτητά του είναι η ίδια προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Αυτό αναγκάζει τη μάσκα (ή ευαίσθητη μεμβράνη) να μην είναι πλήρως ευθυγραμμισμένη με το χαραγμένο μεμβράνη οξειδίου, οπότε είναι δύσκολο να επεξεργαστούμε πολύ καλά διαγράμματα κυκλώματος.

Ξηρή χάραξη

Η ξηρή χάραξη μπορεί να χωριστεί σε τρεις διαφορετικούς τύπους. Η πρώτη είναι η χημική χάραξη, η οποία χρησιμοποιεί αέρια χάραξης (κυρίως υδρογόνο φθορίου). Όπως η υγρή χάραξη, αυτή η μέθοδος είναι ισότροπη, πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι κατάλληλο για λεπτή χάραξη.

Η δεύτερη μέθοδος είναι η φυσική ψεκασμό, η οποία χρησιμοποιεί ιόντα στο πλάσμα για να επηρεάσει και να αφαιρέσει το υπερβολικό στρώμα οξειδίου. Ως ανισότροπη μέθοδος χάραξης, η χάραξη με ψεκασμό έχει διαφορετικούς ρυθμούς χάραξης στις οριζόντιες και κάθετες κατευθύνσεις, οπότε η λεπτότητά της είναι επίσης καλύτερη από τη χημική χάραξη. Ωστόσο, το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι η ταχύτητα χάραξης είναι αργή επειδή βασίζεται εξ ολοκλήρου στη φυσική αντίδραση που προκαλείται από τη σύγκρουση ιόντων.

Η τελευταία τρίτη μέθοδος είναι η δραστική χάραξη ιόντων (RIE). Το RIE συνδυάζει τις δύο πρώτες μεθόδους, δηλαδή, ενώ χρησιμοποιεί το πλάσμα για τη φυσική χάραξη ιονισμού, η χημική χάραξη πραγματοποιείται με τη βοήθεια των ελεύθερων ριζών που παράγονται μετά την ενεργοποίηση του πλάσματος. Εκτός από την ταχύτητα χάραξης που υπερβαίνει τις δύο πρώτες μεθόδους, η RIE μπορεί να χρησιμοποιήσει τα ανισότροπα χαρακτηριστικά των ιόντων για να επιτύχει τη χάραξη υψηλής ακρίβειας.

Σήμερα, η ξηρή χάραξη έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για τη βελτίωση της απόδοσης των λεπτών κυκλωμάτων ημιαγωγών. Η διατήρηση της ομοιομορφίας της χάραξης πλήρους χάραξης και η αύξηση της ταχύτητας χάραξης είναι κρίσιμες και ο σημερινός πιο προηγμένος εξοπλισμός ξηρής χάραξης υποστηρίζει την παραγωγή των πιο προηγμένων τσιπ λογικής και μνήμης με υψηλότερες επιδόσεις.

Ο Vetek Semiconductor είναι επαγγελματίας κινεζικός κατασκευαστής τουΕπίστρωση καρβιδίου του ταντάλου, Επίστρωση καρβιδίου πυριτίου, Ειδικός γραφίτης, Κεραμικά καρβιδίου πυριτίουκαιΆλλα κεραμικά ημιαγωγών. Η Vetek Semiconductor δεσμεύεται να παρέχει προηγμένες λύσεις για διάφορα προϊόντα SIC για τη βιομηχανία ημιαγωγών.

Εάν ενδιαφέρεστε για τα παραπάνω προϊόντα, παρακαλούμε να επικοινωνήσετε απευθείας μαζί μας.  

Mob: +86-180 6922 0752

Whatsapp: +86 180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com