O explicație completă a procesului de fabricare a cipurilor (1/2): de la napolitană la ambalare și testare

Fabricarea fiecărui produs semiconductor necesită sute de procese, iar întregul proces de fabricație este împărțit în opt etape:prelucrarea napolitanelor - oxidare - fotolitografie - gravare - depunerea de peliculă subțire - interconectare - testarea - ambalaj.

Pasul 1:Prelucrarea napolitanelor

Toate procesele semiconductoare încep cu un grăunte de nisip! Pentru că siliciul conținut în nisip este materia primă necesară pentru producerea napolitanelor. Napolitanele sunt felii rotunde tăiate din cilindri de un singur cristal din siliciu (Si) sau arseniură de galiu (GaAs). Pentru a extrage materiale de siliciu de înaltă puritate, este nevoie de nisip de siliciu, un material special cu un conținut de dioxid de siliciu de până la 95%, care este și principala materie primă pentru fabricarea napolitanelor. Prelucrarea napolitanelor este procesul de realizare a napolitanelor de mai sus.

Turnare lingouri

În primul rând, nisipul trebuie încălzit pentru a separa monoxidul de carbon și siliciul din el, iar procesul se repetă până când se obține siliciu electronic de puritate ultra-înaltă (EG-Si). Siliciul de înaltă puritate se topește în lichid și apoi se solidifică într-o formă solidă de un singur cristal, numită „lingot”, care este primul pas în fabricarea semiconductorilor.

Precizia de fabricație a lingourilor de siliciu (stâlpi de siliciu) este foarte mare, atingând nivelul nanometrului, iar metoda de fabricație utilizată pe scară largă este metoda Czochralski.

Tăierea lingoului

După finalizarea pasului anterior, este necesar să tăiați cele două capete ale lingoului cu un ferăstrău cu diamant și apoi să îl tăiați în felii subțiri de o anumită grosime. Diametrul feliei de lingou determină dimensiunea napolitanei. Napolitanele mai mari și mai subțiri pot fi împărțite în unități mai utilizabile, ceea ce ajută la reducerea costurilor de producție. După tăierea lingoului de siliciu, este necesar să adăugați pe felii semne de „zonă plată” sau „dentătură” pentru a facilita setarea direcției de prelucrare ca standard în etapele ulterioare.

Lustruirea suprafețelor napolitanelor

Feliile obținute prin procesul de tăiere de mai sus se numesc „napolitane goale”, adică „napolitane brute” neprelucrate. Suprafața plachetei goale este neuniformă și modelul circuitului nu poate fi imprimat direct pe ea. Prin urmare, este necesar să se îndepărteze mai întâi defectele de suprafață prin procese de șlefuire și gravare chimică, apoi lustruiți pentru a forma o suprafață netedă și apoi îndepărtați contaminanții reziduali prin curățare pentru a obține o napolitană finită cu o suprafață curată.

Pasul 2: Oxidarea

Rolul procesului de oxidare este de a forma o peliculă protectoare pe suprafața plachetei. Protejează placheta de impuritățile chimice, previne intrarea curentului de scurgere în circuit, previne difuzia în timpul implantării ionice și previne alunecarea plachetei în timpul gravării.

Primul pas al procesului de oxidare este eliminarea impurităților și a contaminanților. Este nevoie de patru pași pentru a îndepărta materia organică, impuritățile metalice și pentru a evapora apa reziduală. După curățare, napolitana poate fi plasată într-un mediu cu temperatură ridicată de 800 până la 1200 de grade Celsius, iar un strat de dioxid de siliciu (adică „oxid”) este format prin fluxul de oxigen sau abur pe suprafața plachetei. Oxigenul difuzează prin stratul de oxid și reacționează cu siliciul pentru a forma un strat de oxid de grosime variabilă, iar grosimea acestuia poate fi măsurată după terminarea oxidării.

Oxidarea uscată și oxidarea umedă În funcție de diferiții oxidanți din reacția de oxidare, procesul de oxidare termică poate fi împărțit în oxidare uscată și oxidare umedă. Primul folosește oxigen pur pentru a produce un strat de dioxid de siliciu, care este lent, dar stratul de oxid este subțire și dens. Acesta din urmă necesită atât oxigen, cât și vapori de apă foarte solubili, care se caracterizează printr-o rată de creștere rapidă, dar un strat protector relativ gros, cu o densitate scăzută.

Pe lângă oxidant, există și alte variabile care afectează grosimea stratului de dioxid de siliciu. În primul rând, structura plachetei, defectele sale de suprafață și concentrația internă de dopaj vor afecta rata de generare a stratului de oxid. În plus, cu cât presiunea și temperatura generate de echipamentul de oxidare sunt mai mari, cu atât stratul de oxid va fi generat mai rapid. În timpul procesului de oxidare, este, de asemenea, necesară utilizarea unei foi false în funcție de poziția plachetei în unitate pentru a proteja napolitana și pentru a reduce diferența de grad de oxidare.

Pasul 3: Fotolitografie

Fotolitografia este să „tipărească” modelul circuitului pe placă prin lumină. O putem înțelege ca desenarea hărții plane necesare pentru fabricarea semiconductorilor pe suprafața plachetei. Cu cât finețea modelului circuitului este mai mare, cu atât este mai mare integrarea cipului finit, care trebuie realizată prin tehnologie fotolitografică avansată. Mai exact, fotolitografia poate fi împărțită în trei etape: acoperire cu fotorezist, expunere și dezvoltare.

Acoperire

Primul pas al desenării unui circuit pe o napolitană este să acoperiți fotorezistul pe stratul de oxid. Photoresist transformă napolitana într-o „hârtie foto” prin modificarea proprietăților sale chimice. Cu cât stratul fotorezistent de pe suprafața plachetei este mai subțire, cu atât stratul este mai uniform și modelul care poate fi imprimat este mai fin. Acest pas se poate face prin metoda „spin coating”. În funcție de diferența de reactivitate la lumină (ultravioletă), fotorezistele pot fi împărțite în două tipuri: pozitive și negative. Primul se va descompune și va dispărea după expunerea la lumină, lăsând modelul zonei neexpuse, în timp ce cel din urmă se va polimeriza după expunerea la lumină și va face să apară modelul părții expuse.

Expunere

După ce filmul fotorezistent este acoperit pe placă, imprimarea circuitului poate fi finalizată prin controlul expunerii la lumină. Acest proces se numește „expunere”. Putem trece selectiv lumina prin echipamentul de expunere. Când lumina trece prin masca care conține modelul circuitului, circuitul poate fi imprimat pe placa acoperită cu filmul fotorezistent de mai jos.

În timpul procesului de expunere, cu cât modelul imprimat este mai fin, cu atât mai multe componente poate găzdui cipul final, ceea ce ajută la îmbunătățirea eficienței producției și la reducerea costului fiecărei componente. În acest domeniu, noua tehnologie care atrage în prezent multă atenție este litografia EUV. Lam Research Group a dezvoltat în comun o nouă tehnologie fotorezistentă cu film uscat cu parteneri strategici ASML și imec. Această tehnologie poate îmbunătăți considerabil productivitatea și randamentul procesului de expunere la litografie EUV prin îmbunătățirea rezoluției (un factor cheie în reglarea fină a lățimii circuitului).

Dezvoltare

Etapa după expunere este pulverizarea revelatorului pe napolitană, scopul fiind îndepărtarea fotorezistului în zona neacoperită a modelului, astfel încât modelul circuitului imprimat să poată fi dezvăluit. După finalizarea dezvoltării, aceasta trebuie verificată de diverse echipamente de măsurare și microscoape optice pentru a asigura calitatea schemei de circuit.

Pasul 4: Gravare

După ce fotolitografia diagramei de circuit este finalizată pe placă, se folosește un proces de gravare pentru a îndepărta orice film de oxid în exces și a lăsa doar schema circuitului semiconductor. Pentru a face acest lucru, se utilizează lichid, gaz sau plasmă pentru a îndepărta părțile în exces selectate. Există două metode principale de gravare, în funcție de substanțele utilizate: gravarea umedă folosind o soluție chimică specifică pentru a reacționa chimic pentru a îndepărta pelicula de oxid și gravarea uscată cu gaz sau plasmă.

Gravura umedă

Gravarea umedă folosind soluții chimice pentru îndepărtarea filmelor de oxid are avantajele unui cost redus, viteză de gravare rapidă și productivitate ridicată. Cu toate acestea, gravarea umedă este izotropă, adică viteza sa este aceeași în orice direcție. Acest lucru face ca masca (sau filmul sensibil) să nu fie complet aliniat cu filmul de oxid gravat, deci este dificil să procesați diagrame de circuite foarte fine.

Gravura uscată

Gravarea uscată poate fi împărțită în trei tipuri diferite. Prima este gravarea chimică, care utilizează gaze de gravare (în principal fluorură de hidrogen). Ca și gravarea umedă, această metodă este izotropă, ceea ce înseamnă că nu este potrivită pentru gravarea fină.

A doua metodă este pulverizarea fizică, care utilizează ioni din plasmă pentru a impacta și a îndepărta excesul de strat de oxid. Ca metodă de gravare anizotropă, gravarea prin pulverizare are rate diferite de gravare în direcțiile orizontale și verticale, astfel încât finețea sa este, de asemenea, mai bună decât gravarea chimică. Cu toate acestea, dezavantajul acestei metode este că viteza de gravare este lentă, deoarece se bazează în totalitate pe reacția fizică cauzată de coliziunea ionică.

Ultima a treia metodă este gravarea cu ioni reactivi (RIE). RIE combină primele două metode, adică în timp ce se utilizează plasmă pentru gravarea fizică de ionizare, gravarea chimică se realizează cu ajutorul radicalilor liberi generați după activarea plasmei. În plus față de viteza de gravare care depășește primele două metode, RIE poate folosi caracteristicile anizotrope ale ionilor pentru a obține gravarea modelului de înaltă precizie.

Astăzi, gravarea uscată a fost utilizată pe scară largă pentru a îmbunătăți randamentul circuitelor semiconductoare fine. Menținerea uniformității de gravare a plachetelor complete și creșterea vitezei de gravare sunt esențiale, iar cele mai avansate echipamente de gravare uscată de astăzi susțin producția celor mai avansate logice și cipuri de memorie cu performanțe mai mari.

VeTek Semiconductor este un producător chinez profesionist deAcoperire cu carbură de tantal, Acoperire cu carbură de siliciu, Grafit special, Ceramica din carbură de siliciuşiAlte ceramice semiconductoare. VeTek Semiconductor se angajează să ofere soluții avansate pentru diverse produse SiC Wafer pentru industria semiconductoarelor.

Dacă sunteți interesat de produsele de mai sus, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați direct.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E-mail: anny@veteksemi.com