En fullständig förklaring av chiptillverkningsprocessen (1/2): från wafer till förpackning och testning

Tillverkningen av varje halvledarprodukt kräver hundratals processer, och hela tillverkningsprocessen är uppdelad i åtta steg:wafer bearbetning - oxidation - fotolitografi - etsning - tunnfilmsavsättning - sammankoppling - testning - förpackning.

Steg 1:Wafer bearbetning

Alla halvledarprocesser börjar med ett sandkorn! Eftersom kiseln som finns i sanden är råvaran som behövs för att producera wafers. Wafers är runda skivor skurna från enkristallcylindrar gjorda av kisel (Si) eller galliumarsenid (GaAs). För att utvinna kiselmaterial med hög renhet behövs kiselsand, ett speciellt material med en kiseldioxidhalt på upp till 95 %, som också är den huvudsakliga råvaran för att tillverka wafers. Waferbearbetning är processen att tillverka ovanstående wafers.

Götgjutning

Först måste sanden värmas upp för att separera kolmonoxiden och kiseln i den, och processen upprepas tills ultrahög renhet elektronisk kvalitet kisel (EG-Si) erhålls. Kisel med hög renhet smälter till vätska och stelnar sedan till en fast enkristallform, kallad "göt", vilket är det första steget i tillverkning av halvledarprodukter.

Tillverkningsprecisionen för kiselgöt (kiselpelare) är mycket hög och når nanometernivån, och den mycket använda tillverkningsmetoden är Czochralski-metoden.

Götskärning

Efter att föregående steg är klart är det nödvändigt att skära av de två ändarna av götet med en diamantsåg och sedan skära den i tunna skivor av en viss tjocklek. Diametern på götskivan bestämmer skivans storlek. Större och tunnare wafers kan delas upp i mer användbara enheter, vilket bidrar till att minska produktionskostnaderna. Efter skärning av kiselgötet är det nödvändigt att lägga till "plan area" eller "buckla" märken på skivorna för att underlätta inställningen av bearbetningsriktningen som standard i efterföljande steg.

Polering av waferytor

Skivorna som erhålls genom ovanstående skärprocess kallas "bara wafers", det vill säga obearbetade "rå wafers". Ytan på den nakna wafern är ojämn och kretsmönstret kan inte tryckas direkt på den. Därför är det nödvändigt att först ta bort ytdefekter genom slipning och kemiska etsningsprocesser, sedan polera för att bilda en slät yta och sedan ta bort kvarvarande föroreningar genom rengöring för att erhålla en färdig wafer med en ren yta.

Steg 2: Oxidation

Oxidationsprocessens roll är att bilda en skyddande film på waferns yta. Det skyddar wafern från kemiska föroreningar, förhindrar läckström från att komma in i kretsen, förhindrar diffusion under jonimplantation och förhindrar wafern från att glida under etsning.

Det första steget i oxidationsprocessen är att ta bort orenheter och föroreningar. Det krävs fyra steg för att avlägsna organiskt material, metallföroreningar och förånga restvatten. Efter rengöring kan skivan placeras i en högtemperaturmiljö på 800 till 1200 grader Celsius, och ett kiseldioxidskikt (dvs "oxid") bildas av flödet av syre eller ånga på ytan av skivan. Syre diffunderar genom oxidskiktet och reagerar med kisel för att bilda ett oxidskikt av varierande tjocklek, och dess tjocklek kan mätas efter avslutad oxidation.

Torroxidation och våtoxidation Beroende på de olika oxidanterna i oxidationsreaktionen kan den termiska oxidationsprocessen delas in i torroxidation och våtoxidation. Den förra använder rent syre för att producera ett kiseldioxidskikt, som är långsamt men oxidskiktet är tunt och tätt. Det senare kräver både syre och mycket löslig vattenånga, vilket kännetecknas av en snabb tillväxthastighet men ett relativt tjockt skyddsskikt med låg densitet.

Förutom oxidationsmedlet finns det andra variabler som påverkar tjockleken på kiseldioxidskiktet. För det första kommer waferstrukturen, dess ytdefekter och inre dopningskoncentration att påverka hastigheten för oxidskiktsgenerering. Dessutom, ju högre tryck och temperatur som genereras av oxidationsutrustningen, desto snabbare kommer oxidskiktet att genereras. Under oxidationsprocessen är det också nödvändigt att använda ett dummy-ark i enlighet med waferns position i enheten för att skydda wafern och minska skillnaden i oxidationsgrad.

Steg 3: Fotolitografi

Fotolitografi är att "skriva ut" kretsmönstret på wafern genom ljus. Vi kan förstå det som att rita plankartan som krävs för halvledartillverkning på skivans yta. Ju högre finhet kretsmönstret har, desto högre integration av det färdiga chipet, vilket måste uppnås genom avancerad fotolitografiteknik. Specifikt kan fotolitografi delas in i tre steg: beläggning av fotoresist, exponering och framkallning.

Beläggning

Det första steget med att rita en krets på en wafer är att belägga fotoresisten på oxidskiktet. Fotoresist gör wafern till ett "fotopapper" genom att ändra dess kemiska egenskaper. Ju tunnare fotoresistskiktet är på skivans yta, desto mer enhetlig är beläggningen och desto finare mönstret som kan tryckas. Detta steg kan göras med "spin coating"-metoden. Beroende på skillnaden i ljusreaktivitet (ultraviolett) kan fotoresister delas in i två typer: positiva och negativa. Den förra kommer att sönderdelas och försvinna efter exponering för ljus, vilket lämnar mönstret för det oexponerade området, medan det senare kommer att polymerisera efter exponering för ljus och få mönstret för den exponerade delen att framträda.

Exponering

Efter att fotoresistfilmen har täckts på wafern kan kretsutskriften slutföras genom att kontrollera ljusexponeringen. Denna process kallas "exponering". Vi kan selektivt passera ljus genom exponeringsutrustningen. När ljuset passerar genom masken som innehåller kretsmönstret kan kretsen tryckas på skivan som är belagd med fotoresistfilmen nedan.

Under exponeringsprocessen, ju finare det tryckta mönstret är, desto fler komponenter kan det slutliga chippet rymma, vilket hjälper till att förbättra produktionseffektiviteten och minska kostnaderna för varje komponent. Inom detta område är den nya tekniken som för närvarande väcker stor uppmärksamhet EUV-litografi. Lam Research Group har tillsammans utvecklat en ny fotoresistteknik för torr film med strategiska partners ASML och imec. Denna teknik kan avsevärt förbättra produktiviteten och utbytet av EUV-litografiexponeringsprocessen genom att förbättra upplösningen (en nyckelfaktor för att finjustera kretsbredden).

Utveckling

Steget efter exponering är att spraya framkallaren på wafern, syftet är att ta bort fotoresisten i mönstrets avtäckta område, så att det tryckta kretsmönstret kan avslöjas. Efter att utvecklingen är klar måste den kontrolleras av olika mätutrustning och optiska mikroskop för att säkerställa kvaliteten på kretsschemat.

Steg 4: Etsning

Efter att fotolitografin av kretsschemat är klar på skivan, används en etsningsprocess för att avlägsna överskott av oxidfilm och lämna endast halvledarkretsschemat. För att göra detta används vätska, gas eller plasma för att avlägsna de valda överskottsdelarna. Det finns två huvudmetoder för etsning, beroende på vilka ämnen som används: våtetsning med användning av en specifik kemisk lösning för att kemiskt reagera för att avlägsna oxidfilmen, och torretsning med gas eller plasma.

Våtetsning

Våtetsning med kemiska lösningar för att avlägsna oxidfilmer har fördelarna med låg kostnad, snabb etsningshastighet och hög produktivitet. Våtetsning är dock isotropisk, det vill säga dess hastighet är densamma i vilken riktning som helst. Detta gör att masken (eller den känsliga filmen) inte är helt i linje med den etsade oxidfilmen, så det är svårt att bearbeta mycket fina kretsscheman.

Torr etsning

Torretsning kan delas in i tre olika typer. Den första är kemisk etsning, som använder etsgaser (främst vätefluorid). Liksom våtetsning är denna metod isotrop, vilket innebär att den inte är lämplig för finetsning.

Den andra metoden är fysisk sputtering, som använder joner i plasman för att påverka och ta bort överskottsoxidskiktet. Som en anisotropisk etsmetod har sputteretsning olika etsningshastigheter i horisontella och vertikala riktningar, så dess finhet är också bättre än kemisk etsning. Nackdelen med denna metod är dock att etsningshastigheten är långsam eftersom den helt förlitar sig på den fysiska reaktion som orsakas av jonkollision.

Den sista tredje metoden är reaktiv jonetsning (RIE). RIE kombinerar de två första metoderna, det vill säga när plasma används för joniseringsfysikalisk etsning, utförs kemisk etsning med hjälp av fria radikaler som genereras efter plasmaaktivering. Förutom att etsningshastigheten överstiger de två första metoderna kan RIE använda jonernas anisotropa egenskaper för att uppnå mönsteretsning med hög precision.

Idag har torretsning använts i stor utsträckning för att förbättra utbytet av fina halvledarkretsar. Att bibehålla enhetlig etsning med full wafer och öka etsningshastigheten är avgörande, och dagens mest avancerade torretsningsutrustning stödjer produktionen av de mest avancerade logik- och minneschips med högre prestanda.

VeTek Semiconductor är en professionell kinesisk tillverkare avTantalkarbidbeläggning, Silikonkarbidbeläggning, Speciell grafit, KiselkarbidkeramikochAnnan halvledarkeramik. VeTek Semiconductor har åtagit sig att tillhandahålla avancerade lösningar för olika SiC Wafer-produkter för halvledarindustrin.

Om du är intresserad av ovanstående produkter är du välkommen att kontakta oss direkt.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-post: anny@veteksemi.com