Popolna razlaga procesa izdelave čipov (1/2): od rezine do pakiranja in testiranja

Izdelava vsakega polprevodniškega izdelka zahteva na stotine procesov, celoten proizvodni proces pa je razdeljen na osem korakov:predelava rezin - oksidacija - fotolitografija - jedkanica - nanašanje tankega filma - medsebojno povezovanje - testiranje - pakiranje.

1. korak:Obdelava rezin

Vsi polprevodniški procesi se začnejo z zrnom peska! Ker je silicij v pesku surovina, potrebna za proizvodnjo rezin. Rezine so okrogle rezine, izrezane iz enokristalnih valjev iz silicija (Si) ali galijevega arzenida (GaAs). Za pridobivanje silicijevih materialov visoke čistosti je potreben kremenčev pesek, poseben material z vsebnostjo silicijevega dioksida do 95 %, ki je tudi glavna surovina za izdelavo rezin. Obdelava oblatov je postopek izdelave zgornjih oblatov.

Ulivanje ingotov

Najprej je treba pesek segreti, da ločimo ogljikov monoksid in silicij v njem, in postopek ponavljamo, dokler ne dobimo ultra-visoke čistosti elektronskega silicija (EG-Si). Silicij visoke čistosti se stopi v tekočino in se nato strdi v enotno kristalno trdno obliko, imenovano "ingot", kar je prvi korak v proizvodnji polprevodnikov.

Natančnost izdelave silicijevih ingotov (silicijevih stebrov) je zelo visoka in dosega nanometrsko raven, široko uporabljena proizvodna metoda pa je metoda Czochralski.

Rezanje ingotov

Po končanem prejšnjem koraku je potrebno z diamantno žago odrezati oba konca ingota in ga nato razrezati na tanke rezine določene debeline. Premer rezine ingota določa velikost rezine. Večje in tanjše rezine lahko razdelimo na bolj uporabne enote, kar pripomore k znižanju proizvodnih stroškov. Po rezanju silicijevega ingota je treba na rezine dodati oznake "ravna površina" ali "vdolbina", da se olajša nastavitev smeri obdelave kot standarda v naslednjih korakih.

Poliranje površine rezin

Rezine, pridobljene z zgornjim postopkom rezanja, se imenujejo "gole rezine", to je nepredelane "surove rezine". Površina gole rezine je neravna in vzorca vezja ni mogoče natisniti neposredno nanjo. Zato je treba s postopkom brušenja in kemičnega jedkanja najprej odstraniti površinske napake, nato polirati, da se oblikuje gladka površina, nato pa s čiščenjem odstraniti ostanke kontaminantov, da dobimo končno rezino s čisto površino.

2. korak: Oksidacija

Vloga procesa oksidacije je, da na površini rezine nastane zaščitna folija. Ščiti rezino pred kemičnimi nečistočami, preprečuje vstop toka uhajanja v vezje, preprečuje difuzijo med ionsko implantacijo in preprečuje zdrs rezine med jedkanjem.

Prvi korak procesa oksidacije je odstranitev nečistoč in kontaminantov. Zahteva štiri korake za odstranitev organskih snovi, kovinskih nečistoč in izhlapevanje preostale vode. Po čiščenju lahko rezino postavimo v visokotemperaturno okolje od 800 do 1200 stopinj Celzija, s pretokom kisika ali pare na površini rezine pa nastane plast silicijevega dioksida (t.i. "oksida"). Kisik difundira skozi oksidno plast in reagira s silicijem, da nastane oksidna plast različne debeline, njeno debelino pa je mogoče izmeriti po končani oksidaciji.

Suha oksidacija in mokra oksidacija Glede na različne oksidante v reakciji oksidacije lahko proces toplotne oksidacije razdelimo na suho oksidacijo in mokro oksidacijo. Prvi uporablja čisti kisik za proizvodnjo plasti silicijevega dioksida, ki je počasen, vendar je plast oksida tanka in gosta. Slednje zahteva tako kisik kot visoko topno vodno paro, za katero je značilna hitra rast, a razmeroma debela zaščitna plast z nizko gostoto.

Poleg oksidanta obstajajo tudi druge spremenljivke, ki vplivajo na debelino plasti silicijevega dioksida. Prvič, struktura rezine, njene površinske napake in koncentracija notranjega dopinga bodo vplivali na hitrost nastajanja oksidne plasti. Poleg tega višji kot sta tlak in temperatura, ki ju ustvari oprema za oksidacijo, hitreje bo nastala oksidna plast. Med postopkom oksidacije je treba uporabiti tudi navidezno ploščo glede na položaj rezine v enoti, da zaščitimo rezino in zmanjšamo razliko v stopnji oksidacije.

3. korak: Fotolitografija

Fotolitografija je "natisniti" vzorec vezja na rezino skozi svetlobo. Razumemo ga lahko kot risanje ravninske karte, ki je potrebna za proizvodnjo polprevodnikov na površino rezine. Večja kot je finost vzorca vezja, večja je integracija končnega čipa, kar je treba doseči z napredno tehnologijo fotolitografije. Natančneje, fotolitografijo lahko razdelimo na tri korake: nanos fotorezista, osvetlitev in razvijanje.

Premaz

Prvi korak risanja vezja na rezino je nanos fotorezista na oksidno plast. Fotorezist naredi rezino "foto papir", tako da spremeni njene kemične lastnosti. Tanjša kot je plast fotorezista na površini rezine, bolj enakomeren je premaz in finejši je vzorec, ki ga je mogoče natisniti. Ta korak je mogoče izvesti z metodo "spin coating". Glede na razliko v svetlobni (ultravijolični) reaktivnosti lahko fotoreziste razdelimo na dve vrsti: pozitivne in negativne. Prvi se bo po izpostavitvi svetlobi razgradil in izginil, pri čemer bo ostal vzorec na neosvetljenem delu, medtem ko bo drugi po izpostavitvi svetlobi polimeriziral in naredil vzorec na izpostavljenem delu.

Izpostavljenost

Ko je fotorezist film prekrit z rezino, je mogoče dokončati tiskanje vezja z nadzorom osvetlitve svetlobe. Ta proces se imenuje "izpostavljenost". Svetlobo lahko selektivno prepuščamo skozi osvetljevalno opremo. Ko gre svetloba skozi masko, ki vsebuje vzorec vezja, se lahko vezje natisne na rezino, prevlečeno s fotorezistnim filmom spodaj.

Med postopkom osvetlitve velja, da bolj fino kot je natisnjen vzorec, več komponent lahko sprejme končni čip, kar pomaga izboljšati učinkovitost proizvodnje in zmanjšati stroške vsake komponente. Na tem področju je nova tehnologija, ki trenutno vzbuja veliko pozornosti, EUV litografija. Lam Research Group je skupaj s strateškima partnerjema ASML in imec razvila novo tehnologijo suhega filma fotorezista. Ta tehnologija lahko močno izboljša produktivnost in izkoristek postopka osvetlitve EUV litografije z izboljšanjem ločljivosti (ključni dejavnik pri natančnem uravnavanju širine vezja).

Razvoj

Korak po izpostavitvi je razprševanje razvijalca na rezino, namen je odstranitev fotorezista na nepokritem območju vzorca, tako da se vzorec tiskanega vezja lahko razkrije. Ko je razvoj končan, ga je treba preveriti z različnimi merilnimi napravami in optičnimi mikroskopi, da se zagotovi kakovost sheme vezja.

4. korak: jedkanje

Ko je fotolitografija diagrama vezja končana na rezini, se s postopkom jedkanja odstrani morebitna odvečna oksidna folija in ostane samo diagram vezja polprevodnika. Za to se uporabi tekočina, plin ali plazma za odstranitev izbranih odvečnih delov. Obstajata dve glavni metodi jedkanja, odvisno od uporabljenih snovi: mokro jedkanje z uporabo posebne kemične raztopine za kemično reakcijo, da se odstrani oksidni film, in suho jedkanje z uporabo plina ali plazme.

Mokro jedkanje

Mokro jedkanje z uporabo kemičnih raztopin za odstranjevanje oksidnih filmov ima prednosti nizkih stroškov, visoke hitrosti jedkanja in visoke produktivnosti. Vendar pa je mokro jedkanje izotropno, kar pomeni, da je njegova hitrost enaka v kateri koli smeri. To povzroči, da maska ​​(ali občutljiv film) ni popolnoma poravnana z jedkanim oksidnim filmom, zato je težko obdelati zelo fine sheme vezja.

Suho jedkanje

Suho jedkanje lahko razdelimo na tri različne vrste. Prvi je kemično jedkanje, pri katerem se uporabljajo plini za jedkanje (predvsem fluorovodik). Tako kot mokro jedkanje je ta metoda izotropna, kar pomeni, da ni primerna za fino jedkanje.

Druga metoda je fizično razprševanje, ki uporablja ione v plazmi za udarjanje in odstranjevanje odvečne oksidne plasti. Kot metoda anizotropnega jedkanja ima jedkanje z razprševanjem različne stopnje jedkanja v vodoravni in navpični smeri, zato je tudi njegova finost boljša od kemičnega jedkanja. Vendar pa je pomanjkljivost te metode počasna hitrost jedkanja, ker je v celoti odvisna od fizične reakcije, ki jo povzroči trk ionov.

Zadnja tretja metoda je reaktivno ionsko jedkanje (RIE). RIE združuje prvi dve metodi, to pomeni, da medtem ko za ionizacijsko fizično jedkanje uporabljamo plazmo, se kemično jedkanje izvaja s pomočjo prostih radikalov, ki nastanejo po plazemski aktivaciji. Poleg hitrosti jedkanja, ki presega prvi dve metodi, lahko RIE uporabi anizotropne lastnosti ionov, da doseže visoko natančno jedkanje vzorca.

Danes se suho jedkanje pogosto uporablja za izboljšanje izkoristka finih polprevodniških vezij. Ohranjanje enakomernosti jedkanja celotne rezine in povečanje hitrosti jedkanja sta ključnega pomena, današnja najnaprednejša oprema za suho jedkanje pa podpira proizvodnjo najnaprednejših logičnih in pomnilniških čipov z večjo zmogljivostjo.

VeTek Semiconductor je profesionalni kitajski proizvajalecPrevleka iz tantalovega karbida, Prevleka iz silicijevega karbida, Poseben grafit, Keramika iz silicijevega karbidainDruga polprevodniška keramika. VeTek Semiconductor je zavezan zagotavljanju naprednih rešitev za različne izdelke SiC Wafer za industrijo polprevodnikov.

Če vas zanimajo zgornji izdelki, nas kontaktirajte neposredno.  

Mob.: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-pošta: anny@veteksemi.com