O explicație completă a procesului de fabricare a cipurilor (2/2): 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:prelucrare plachete - oxidare - fotolitografie - gravare - depunere peliculă subțire - interconectare - testare - ambalare.

Pasul 5: Depunerea filmului subțire

Pentru a crea microdispozitive în interiorul cipului, trebuie să depunem continuu straturi de filme subțiri și să îndepărtăm părțile în exces prin gravare și, de asemenea, să adăugăm unele materiale pentru a separa diferite dispozitive. Fiecare tranzistor sau celulă de memorie este construită pas cu pas prin procesul de mai sus. „Filicul subțire” despre care vorbim aici se referă la un „film” cu o grosime mai mică de 1 micron (μm, o milioneme de metru) care nu poate fi fabricat prin metode obișnuite de prelucrare mecanică. Procesul de plasare a unei pelicule care conține unitățile moleculare sau atomice necesare pe o plachetă este „depunerea”.

Pentru a forma o structură semiconductoare cu mai multe straturi, trebuie să facem mai întâi o stivă de dispozitive, adică să stivuim alternativ mai multe straturi de filme subțiri de metal (conductoare) și filme dielectrice (izolante) pe suprafața plachetei și apoi să îndepărtăm excesul. piese prin procese repetate de gravare pentru a forma o structură tridimensională. Tehnicile care pot fi utilizate pentru procesele de depunere includ depunerea chimică în vapori (CVD), depunerea stratului atomic (ALD) și depunerea fizică în vapori (PVD), iar metodele care utilizează aceste tehnici pot fi împărțite în depunere uscată și umedă.

Depunere chimică de vapori (CVD)

În depunerea chimică în vapori, gazele precursoare reacționează într-o cameră de reacție pentru a forma o peliculă subțire atașată la suprafața plachetei și a produselor secundare care sunt pompate din cameră. Depunerea chimică de vapori îmbunătățită cu plasmă folosește plasmă pentru a genera gazele reactante. Această metodă reduce temperatura de reacție, făcând-o ideală pentru structurile sensibile la temperatură. Utilizarea plasmei poate reduce, de asemenea, numărul de depuneri, rezultând adesea filme de calitate superioară.

Depunerea stratului atomic (ALD)

Depunerea stratului atomic formează pelicule subțiri prin depunerea doar a câtorva straturi atomice la un moment dat. Cheia acestei metode constă în ciclul de pași independenți care sunt executați într-o anumită ordine și menținerea unui control bun. Acoperirea suprafeței plachetei cu un precursor este prima etapă, apoi sunt introduse diferite gaze pentru a reacționa cu precursorul pentru a forma substanța dorită pe suprafața plachetei.

Depunere fizică de vapori (PVD)

După cum sugerează și numele, depunerea fizică de vapori se referă la formarea de pelicule subțiri prin mijloace fizice. Pulverizarea este o metodă fizică de depunere a vaporilor care utilizează plasmă de argon pentru a pulveriza atomii dintr-o țintă și a-i depune pe suprafața unei plachete pentru a forma o peliculă subțire. În unele cazuri, pelicula depusă poate fi tratată și îmbunătățită prin tehnici precum tratamentul termic cu ultraviolete (UVTP).

Pasul 6: Interconectare

Conductivitatea semiconductorilor este între conductori și neconductori (adică izolatori), ceea ce ne permite să controlăm pe deplin fluxul de electricitate. Procesele de litografie, gravare și depunere pe bază de plachete pot construi componente precum tranzistoarele, dar acestea trebuie conectate pentru a permite transmiterea și recepția de putere și semnale.

Metalele sunt folosite pentru interconectarea circuitelor datorită conductivității lor. Metalele utilizate pentru semiconductori trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

· Rezistivitate scăzută: Deoarece circuitele metalice trebuie să treacă curent, metalele din ele ar trebui să aibă rezistență scăzută.

· Stabilitate termochimică: Proprietățile materialelor metalice trebuie să rămână neschimbate în timpul procesului de interconectare a metalelor.

· Fiabilitate ridicată: Pe măsură ce tehnologia circuitelor integrate se dezvoltă, chiar și cantități mici de materiale metalice de interconectare trebuie să aibă o durabilitate suficientă.

· Costul de fabricație: Chiar dacă sunt îndeplinite primele trei condiții, costul materialului este prea mare pentru a satisface nevoile producției de masă.

Procesul de interconectare folosește în principal două materiale, aluminiu și cupru.

Procesul de interconectare a aluminiului

Procesul de interconectare a aluminiului începe cu depunerea aluminiului, aplicarea fotorezistului, expunerea și dezvoltarea, urmate de gravare pentru a îndepărta selectiv orice exces de aluminiu și fotorezist înainte de a intra în procesul de oxidare. După finalizarea pașilor de mai sus, procesele de fotolitografie, gravare și depunere sunt repetate până când interconectarea este finalizată.

Pe lângă conductivitatea sa excelentă, aluminiul este, de asemenea, ușor de fotolitografiat, gravat și depus. În plus, are un cost scăzut și o bună aderență la filmul de oxid. Dezavantajele sale sunt că este ușor de corodat și are un punct de topire scăzut. În plus, pentru a preveni reacția aluminiului cu siliciul și a cauza probleme de conectare, trebuie adăugate depozite de metal pentru a separa aluminiul de napolitană. Acest depozit se numește „metal de barieră”.

Circuitele de aluminiu se formează prin depunere. După ce napolitana intră în camera de vid, o peliculă subțire formată din particule de aluminiu va adera la napolitană. Acest proces se numește „depunere de vapori (VD)”, care include depunerea chimică de vapori și depunerea fizică de vapori.

Procesul de interconectare cu cupru

Pe măsură ce procesele semiconductoare devin mai sofisticate și dimensiunile dispozitivelor se micșorează, viteza de conectare și proprietățile electrice ale circuitelor din aluminiu nu mai sunt adecvate și sunt necesare noi conductori care să îndeplinească atât cerințele de dimensiune, cât și de cost. Primul motiv pentru care cuprul poate înlocui aluminiul este că are o rezistență mai mică, ceea ce permite viteze mai mari de conectare a dispozitivului. Cuprul este, de asemenea, mai fiabil, deoarece este mai rezistent la electromigrare, mișcarea ionilor metalici atunci când curentul trece printr-un metal, decât aluminiul.

Cu toate acestea, cuprul nu formează ușor compuși, ceea ce face dificilă vaporizarea și îndepărtarea de pe suprafața unei napolitane. Pentru a rezolva această problemă, în loc să gravăm cuprul, depunem și gravăm materiale dielectrice, care formează modele de linii metalice constând în șanțuri și canale acolo unde este necesar, iar apoi umplem „modelele” menționate mai sus cu cupru pentru a realiza interconectarea, un proces numit „damaschin” .

Pe măsură ce atomii de cupru continuă să difuzeze în dielectric, izolația acestuia din urmă scade și creează un strat de barieră care blochează atomii de cupru de la difuzarea ulterioară. Pe stratul de barieră se formează apoi un strat subțire de semințe de cupru. Acest pas permite galvanizarea, care este umplerea modelelor cu raport de aspect ridicat cu cupru. După umplere, excesul de cupru poate fi îndepărtat prin lustruire metal-chimică mecanică (CMP). După finalizare, se poate depune o peliculă de oxid, iar filmul în exces poate fi îndepărtat prin procese de fotolitografie și de gravare. Procesul de mai sus trebuie repetat până la finalizarea interconexiunii din cupru.

Din comparația de mai sus, se poate observa că diferența dintre interconectarea cuprului și interconectarea aluminiului este că excesul de cupru este îndepărtat prin CMP metal, mai degrabă decât prin gravare.

Pasul 7: Testare

Scopul principal al testului este de a verifica dacă calitatea cipului semiconductor îndeplinește un anumit standard, astfel încât să elimine produsele defecte și să îmbunătățească fiabilitatea cipului. În plus, produsele defecte testate nu vor intra în etapa de ambalare, ceea ce ajută la economisirea costurilor și a timpului. Sortarea electronică a matrițelor (EDS) este o metodă de testare pentru napolitane.

EDS este un proces care verifică caracteristicile electrice ale fiecărui cip în starea plachetă și, prin urmare, îmbunătățește randamentul semiconductorului. EDS poate fi împărțit în cinci pași, după cum urmează:

01 Monitorizarea parametrilor electrici (EPM)

EPM este primul pas în testarea cipurilor semiconductoare. Acest pas va testa fiecare dispozitiv (inclusiv tranzistori, condensatori și diode) necesar circuitelor integrate semiconductoare pentru a se asigura că parametrii lor electrici respectă standardele. Funcția principală a EPM este de a furniza date caracteristice electrice măsurate, care vor fi utilizate pentru a îmbunătăți eficiența proceselor de fabricație a semiconductorilor și a performanței produsului (nu pentru a detecta produsele defecte).

02 Test de îmbătrânire a napolitanelor

Rata defectelor semiconductoarelor provine din două aspecte, și anume rata defectelor de fabricație (mai mare în stadiul incipient) și rata defectelor pe întreg ciclul de viață. Testul de îmbătrânire a plachetei se referă la testarea plachetei la o anumită temperatură și tensiune AC/DC pentru a afla produsele care pot avea defecte în stadiul incipient, adică pentru a îmbunătăți fiabilitatea produsului final prin descoperirea potențialelor defecte.

03 Detectare

După finalizarea testului de îmbătrânire, cipul semiconductor trebuie conectat la dispozitivul de testare cu un card de sondă, iar apoi testele de temperatură, viteză și mișcare pot fi efectuate pe wafer pentru a verifica funcțiile relevante ale semiconductorilor. Consultați tabelul pentru o descriere a pașilor specifici de testare.

04 Reparație

Reparația este cel mai important pas de testare deoarece unele cipuri defecte pot fi reparate prin înlocuirea componentelor problematice.

05 Punct

Cipurile care au eșuat testul electric au fost sortate în pașii anteriori, dar încă trebuie marcate pentru a le distinge. În trecut, trebuia să marcam cipurile defecte cu cerneală specială pentru a ne asigura că pot fi identificate cu ochiul liber, dar acum sistemul le sortează automat în funcție de valoarea datelor de testare.

Pasul 8: Ambalare

După mai multe procese anterioare, napolitana va forma așchii pătrate de dimensiuni egale (cunoscute și sub numele de „chipsuri simple”). Următorul lucru de făcut este să obțineți așchii individuale prin tăiere. Chipsurile nou tăiate sunt foarte fragile și nu pot face schimb de semnale electrice, așa că trebuie procesate separat. Acest proces este ambalarea, care include formarea unei carcase de protecție în afara cipulului semiconductor și care le permite să schimbe semnale electrice cu exteriorul. Întregul proces de ambalare este împărțit în cinci etape, și anume tăierea napolitanelor, atașarea unui singur cip, interconectarea, turnarea și testarea ambalajului.

01 Taierea napolitanelor

Pentru a tăia nenumărate așchii aranjate dens din napolitană, trebuie mai întâi să „slefuim” cu grijă spatele napolitanei până când grosimea acesteia răspunde nevoilor procesului de ambalare. După șlefuire, putem tăia de-a lungul liniei de marcare pe plachetă până când cipul semiconductor este separat.

There are three types of wafer sawing technology: blade cutting, laser cutting and plasma cutting. Blade dicing is the use of a diamond blade to cut the wafer, which is prone to frictional heat and debris and thus damage the wafer. Laser dicing has higher precision and can easily handle wafers with thin thickness or small scribe line spacing. Plasma dicing uses the principle of plasma etching, so this technology is also applicable even if the scribe line spacing is very small.

02 Atașament pentru un singur wafer

După ce toate cipurile sunt separate de napolitană, trebuie să atașăm cipurile individuale (plachete simple) la substrat (cadru de plumb). Funcția substratului este de a proteja cipurile semiconductoare și de a le permite să schimbe semnale electrice cu circuite externe. Pentru a atașa cipurile pot fi utilizați adezivi de bandă lichidă sau solidă.

03 Interconectare

După atașarea cipul la substrat, trebuie să conectăm și punctele de contact ale celor două pentru a realiza schimbul de semnal electric. Există două metode de conectare care pot fi utilizate în acest pas: lipirea sârmei folosind fire metalice subțiri și lipirea cipurilor cu ajutorul blocurilor de aur sferice sau blocurilor de tablă. Lipirea sârmei este o metodă tradițională, iar tehnologia de lipire cu cip flip poate accelera producția de semiconductori.

04 Turnare

După finalizarea conexiunii cipului semiconductor, este necesar un proces de turnare pentru a adăuga un pachet în exteriorul cipului pentru a proteja circuitul integrat semiconductor de condiții externe, cum ar fi temperatura și umiditatea. După ce matrița de pachet este făcută după cum este necesar, trebuie să punem cipul semiconductor și compusul de turnare epoxidic (EMC) în matriță și să o sigilăm. Cipul sigilat este forma finală.

05 Test de ambalare

Chips-urile care au avut deja forma finală trebuie să treacă și testul final al defectelor. Toate cipurile semiconductoare finite care intră în testul final sunt cipuri semiconductoare finite. Acestea vor fi amplasate în echipamentul de testare și vor stabili diferite condiții precum tensiune, temperatură și umiditate pentru teste electrice, funcționale și de viteză. Rezultatele acestor teste pot fi folosite pentru a găsi defecte și pentru a îmbunătăți calitatea produsului și eficiența producției.

Evoluția tehnologiei de ambalare

Pe măsură ce dimensiunea cipului scade și cerințele de performanță cresc, ambalajul a suferit multe inovații tehnologice în ultimii câțiva ani. Unele tehnologii și soluții de ambalare orientate spre viitor includ utilizarea depunerii pentru procesele back-end tradiționale, cum ar fi ambalarea la nivel de plachetă (WLP), procesele de bumping și tehnologia stratului de redistribuire (RDL), precum și tehnologiile de gravare și curățare pentru front-end. fabricarea napolitanelor.

Ce este ambalajul avansat?

Ambalajul tradițional necesită ca fiecare cip să fie tăiat din napolitană și plasat într-o matriță. Ambalarea la nivel de napolitană (WLP) este un tip de tehnologie avansată de ambalare, care se referă la ambalarea directă a cipului încă pe napolitană. Procesul WLP este de a împacheta și testa mai întâi, apoi de a separa toate cipurile formate din napolitană simultan. În comparație cu ambalarea tradițională, avantajul WLP este costul de producție mai mic.

Ambalajul avansat poate fi împărțit în ambalaje 2D, ambalare 2.5D și ambalare 3D.

Ambalaj 2D mai mic

După cum sa menționat mai devreme, scopul principal al procesului de ambalare include trimiterea semnalului cipului semiconductor către exterior, iar denivelările formate pe placă sunt punctele de contact pentru trimiterea semnalelor de intrare/ieșire. Aceste denivelări sunt împărțite în fan-in și fan-out. Primul în formă de evantai este în interiorul cipului, iar cel de-al doilea în formă de evantai este dincolo de gama cipului. Numim semnalul de intrare/ieșire I/O (intrare/ieșire), iar numărul de intrare/ieșire se numește număr I/O. Numărul I/O este o bază importantă pentru determinarea metodei de ambalare. Dacă numărul I/O este scăzut, se utilizează ambalajul ventilator. Deoarece dimensiunea cipului nu se schimbă mult după ambalare, acest proces este numit și ambalare la scară de cip (CSP) sau ambalare la scară de cip la nivel de napolitană (WLCSP). Dacă numărul de I/O este mare, se utilizează de obicei ambalaj de tip fan-out și sunt necesare straturi de redistribuire (RDL) în plus față de denivelări pentru a permite rutarea semnalului. Acesta este „ambalaj la nivel de napolitană (FOWLP)”.

Ambalare 2.5D

Tehnologia de ambalare 2.5D poate pune două sau mai multe tipuri de cipuri într-un singur pachet, permițând în același timp direcționarea laterală a semnalelor, ceea ce poate crește dimensiunea și performanța pachetului. Cea mai utilizată metodă de ambalare 2.5D este de a pune memorie și cipuri logice într-un singur pachet printr-un interpozitor de siliciu. Ambalarea 2.5D necesită tehnologii de bază, cum ar fi prin intermediul prin siliciu (TSV), microbumps și RDL-uri cu pas fin.

Ambalare 3D

Tehnologia de ambalare 3D poate pune două sau mai multe tipuri de cipuri într-un singur pachet, permițând în același timp direcționarea verticală a semnalelor. Această tehnologie este potrivită pentru cipuri semiconductoare mai mici și cu un număr mai mare de I/O. TSV poate fi folosit pentru cipuri cu un număr mare de I/O, iar legăturile de sârmă poate fi utilizată pentru cipuri cu număr scăzut de I/O și, în cele din urmă, formează un sistem de semnal în care cipurile sunt aranjate vertical. Tehnologiile de bază necesare pentru ambalarea 3D includ tehnologia TSV și micro-bump.

Până acum, cele opt etape ale fabricării produselor semiconductoare „prelucrarea plachetelor - oxidare - fotolitografie - gravare - depunerea peliculei subțiri - interconectare - testare - ambalare” au fost introduse pe deplin. De la „nisip” la „chips”, tehnologia semiconductoarelor realizează o versiune reală a „transformării pietrelor în aur”.

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