Täydellinen selitys sirun valmistusprosessista (1/2): kiekosta pakkaamiseen ja testaukseen

Jokaisen puolijohdetuotteen valmistus vaatii satoja prosesseja, ja koko valmistusprosessi on jaettu kahdeksaan vaiheeseen:kiekkojen käsittely - hapettumista - fotolitografia - etsaus - ohutkalvopinnoitus - yhteenliittäminen - testaus - pakkaus.

Vaihe 1:Kiekkojen käsittely

Kaikki puolijohdeprosessit alkavat hiekanjyvällä! Koska hiekan sisältämä pii on kiekkojen valmistukseen tarvittava raaka-aine. Kiekot ovat pyöreitä viipaleita, jotka on leikattu yksikidesylintereistä, jotka on valmistettu piistä (Si) tai galliumarsenidista (GaAs). Erittäin puhtaiden piimateriaalien uuttamiseen tarvitaan piidioksidia, erikoismateriaalia, jonka piidioksidipitoisuus on jopa 95 %, joka on myös kiekkojen valmistuksen pääraaka-aine. Kiekkojen käsittely on edellä mainittujen kiekkojen valmistusprosessi.

Valanteen valu

Ensin hiekka on lämmitettävä hiilimonoksidin ja piin erottamiseksi siinä, ja prosessia toistetaan, kunnes saadaan erittäin puhdasta elektronista piitä (EG-Si). Erittäin puhdas pii sulaa nesteeksi ja jähmettyy sitten kiinteäksi yksikiteiseksi, jota kutsutaan "harkoksi", joka on ensimmäinen vaihe puolijohteiden valmistuksessa.

Piiharkkojen (piipilarien) valmistustarkkuus on erittäin korkea saavuttaen nanometritason, ja laajalti käytetty valmistusmenetelmä on Czochralskin menetelmä.

Harkon leikkaus

Kun edellinen vaihe on suoritettu, on tarpeen leikata harkon kaksi päätä timanttisahalla ja leikata se sitten ohuiksi viipaleiksi, joilla on tietty paksuus. Valanteen halkaisija määrää kiekon koon. Suuremmat ja ohuemmat kiekot voidaan jakaa käyttökelpoisempiin yksiköihin, mikä auttaa vähentämään tuotantokustannuksia. Piiharkon leikkaamisen jälkeen on tarpeen lisätä viipaleisiin "tasainen alue" tai "lommo" -merkit helpottamaan käsittelysuunnan asettamista standardiksi seuraavissa vaiheissa.

Kiekkojen pinnan kiillotus

Yllä olevalla leikkausprosessilla saatuja viipaleita kutsutaan "paljaiksi kiekoiksi", toisin sanoen käsittelemättömiksi "raakalevyiksi". Paljaan kiekon pinta on epätasainen eikä piirikuviota voi tulostaa suoraan siihen. Siksi on tarpeen ensin poistaa pintavirheet hionta- ja kemiallisilla etsausprosesseilla, sitten kiillottaa sileän pinnan muodostamiseksi ja poistaa jäljelle jääneet epäpuhtaudet puhdistamalla, jotta saadaan viimeistelty kiekko, jolla on puhdas pinta.

Vaihe 2: Hapetus

Hapetusprosessin tehtävänä on muodostaa suojakalvo kiekon pinnalle. Se suojaa kiekkoa kemiallisilta epäpuhtauksilta, estää vuotovirran pääsyn piiriin, estää diffuusion ioni-istutuksen aikana ja estää kiekon liukumisen etsauksen aikana.

Hapetusprosessin ensimmäinen vaihe on epäpuhtauksien ja epäpuhtauksien poistaminen. Se vaatii neljä vaihetta orgaanisen aineen, metalliepäpuhtauksien ja jäännösveden haihduttamiseen. Puhdistuksen jälkeen kiekko voidaan sijoittaa korkean lämpötilan 800 - 1200 celsiusasteeseen ympäristöön ja piidioksidikerros (eli "oksidi") muodostuu hapen tai höyryn virtauksesta kiekon pinnalle. Happi diffundoituu oksidikerroksen läpi ja reagoi piin kanssa muodostaen vaihtelevan paksuisen oksidikerroksen, ja sen paksuus voidaan mitata hapettumisen päätyttyä.

Kuivahapetus ja märkähapetus Riippuen hapetusreaktion eri hapettimista, lämpöhapetusprosessi voidaan jakaa kuivahapetukseen ja märkähapetukseen. Edellinen käyttää puhdasta happea tuottaakseen piidioksidikerroksen, joka on hidas, mutta oksidikerros on ohut ja tiheä. Jälkimmäinen vaatii sekä happea että erittäin liukenevaa vesihöyryä, jolle on ominaista nopea kasvunopeus, mutta suhteellisen paksu suojakerros, jonka tiheys on pieni.

Hapettimen lisäksi on muita muuttujia, jotka vaikuttavat piidioksidikerroksen paksuuteen. Ensinnäkin kiekon rakenne, sen pintavirheet ja sisäinen seostuspitoisuus vaikuttavat oksidikerroksen muodostumisnopeuteen. Lisäksi mitä korkeampi hapetuslaitteiston tuottama paine ja lämpötila, sitä nopeammin oksidikerros muodostuu. Hapetusprosessin aikana on myös tarpeen käyttää kiekon sijainnin mukaista nukkelevyä kiekon suojaamiseksi ja hapetusasteeron pienentämiseksi.

Vaihe 3: Fotolitografia

Fotolitografia on "tulostaa" piirikuvio kiekolle valon läpi. Voimme ymmärtää sen puolijohteiden valmistukseen tarvittavan tasokartan piirtämisenä kiekon pinnalle. Mitä korkeampi piirikuvion hienous on, sitä suurempi on valmiin sirun integrointi, mikä on saavutettava edistyneen fotolitografiatekniikan avulla. Tarkemmin sanottuna fotolitografia voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen: pinnoitus fotoresisti, valotus ja kehitys.

Pinnoite

Ensimmäinen vaihe piirin piirtämisessä kiekolle on pinnoittaa fotoresist oksidikerroksen päälle. Fotoresist tekee kiekosta "valokuvapaperin" muuttamalla sen kemiallisia ominaisuuksia. Mitä ohuempi fotoresistikerros kiekon pinnalla on, sitä tasaisempi pinnoite ja sitä hienompi kuvio voidaan tulostaa. Tämä vaihe voidaan tehdä "spin coating" -menetelmällä. Valon (ultravioletti) reaktiivisuuden eron mukaan fotoresistit voidaan jakaa kahteen tyyppiin: positiivisiin ja negatiivisiin. Edellinen hajoaa ja katoaa valolle altistumisen jälkeen jättäen valottamattoman alueen kuvion, kun taas jälkimmäinen polymeroituu valolle altistumisen jälkeen ja saa altistetun osan kuvion näkyviin.

Altistuminen

Kun fotoresistikalvo on peitetty kiekon päällä, piiritulostus voidaan viimeistellä ohjaamalla valotusta. Tätä prosessia kutsutaan "altistumiseksi". Voimme siirtää valoa valikoivasti valotuslaitteiden läpi. Kun valo kulkee piirikuvion sisältävän maskin läpi, piiri voidaan tulostaa alla olevalla fotoresistikalvolla päällystetylle kiekolle.

Valotusprosessin aikana mitä hienompi painettu kuvio on, sitä enemmän komponentteja lopullinen siru voi vastaanottaa, mikä auttaa parantamaan tuotannon tehokkuutta ja alentamaan kunkin komponentin kustannuksia. Tällä alalla uusi tekniikka, joka herättää tällä hetkellä paljon huomiota, on EUV-litografia. Lam Research Group on kehittänyt yhdessä uuden kuivakalvon fotoresistiteknologian strategisten kumppaneiden ASML:n ja imecin kanssa. Tämä tekniikka voi parantaa huomattavasti EUV-litografian valotusprosessin tuottavuutta ja tuottoa parantamalla resoluutiota (avaintekijä piirin leveyden hienosäädössä).

Kehitys

Valotuksen jälkeisenä vaiheena on ruiskuttaa kehite kiekolle, jonka tarkoituksena on poistaa valoresisti kuvion peittämättömältä alueelta, jotta piirikuvio voidaan paljastaa. Kun kehitystyö on valmis, se on tarkastettava erilaisilla mittalaitteilla ja optisilla mikroskoopeilla piirikaavion laadun varmistamiseksi.

Vaihe 4: Etsaus

Kun piirikaavion fotolitografia on valmis kiekolle, etsausprosessia käytetään poistamaan ylimääräinen oksidikalvo ja jättämään vain puolijohdepiirikaavio. Tätä varten käytetään nestettä, kaasua tai plasmaa valittujen ylimääräisten osien poistamiseen. Käytetyistä aineista riippuen on kaksi pääasiallista etsausmenetelmää: märkäsyövytys käyttämällä erityistä kemiallista liuosta kemiallisesti reagoimaan oksidikalvon poistamiseksi ja kuivaetsaus kaasulla tai plasmalla.

Märkä etsaus

Märkäsyövytyksen kemiallisilla liuoksilla oksidikalvojen poistamiseen on edut alhaiset kustannukset, nopea etsausnopeus ja korkea tuottavuus. Märkäetsaus on kuitenkin isotrooppista, eli sen nopeus on sama mihin tahansa suuntaan. Tämä aiheuttaa sen, että maski (tai herkkä kalvo) ei ole täysin kohdistettu etsatun oksidikalvon kanssa, joten on vaikea käsitellä erittäin hienoja piirikaavioita.

Kuiva Etsaus

Kuivaetsaus voidaan jakaa kolmeen eri tyyppiin. Ensimmäinen on kemiallinen syövytys, jossa käytetään etsauskaasuja (pääasiassa fluorivetyä). Kuten märkäetsaus, tämä menetelmä on isotrooppinen, mikä tarkoittaa, että se ei sovellu hienosyövytykseen.

Toinen menetelmä on fysikaalinen sputterointi, joka käyttää plasmassa olevia ioneja iskemään ja poistamaan ylimääräinen oksidikerros. Anisotrooppisena etsausmenetelmänä sputterointisyövytyksellä on erilaiset etsausnopeudet vaaka- ja pystysuunnassa, joten sen hienous on myös parempi kuin kemiallisella etsauksella. Tämän menetelmän haittana on kuitenkin se, että etsausnopeus on hidas, koska se on täysin riippuvainen ionitörmäyksen aiheuttamasta fysikaalisesta reaktiosta.

Viimeinen kolmas menetelmä on reaktiivinen ionisyövytys (RIE). RIE yhdistää kaksi ensimmäistä menetelmää, eli kun plasmaa käytetään ionisaatiofysikaaliseen syövytykseen, kemiallinen syövytys suoritetaan plasmaaktivoinnin jälkeen syntyneiden vapaiden radikaalien avulla. Sen lisäksi, että etsausnopeus ylittää kaksi ensimmäistä menetelmää, RIE voi käyttää ionien anisotrooppisia ominaisuuksia saavuttaakseen erittäin tarkan kuvion etsauksen.

Nykyään kuivasyövytystä on käytetty laajalti hienojen puolijohdepiirien tuoton parantamiseksi. Täyden kiekon etsauksen yhtenäisyyden säilyttäminen ja etsausnopeuden lisääminen ovat kriittisiä, ja nykypäivän edistyneimmät kuivaetsauslaitteet tukevat edistyneimpien logiikka- ja muistisirujen tuotantoa tehokkaammin.

VeTek Semiconductor on ammattimainen kiinalainen valmistajaTantaalikarbidipinnoite, Piikarbidipinnoite, Erityinen grafiitti, PiikarbidikeramiikkajaMuu puolijohdekeramiikka. VeTek Semiconductor on sitoutunut tarjoamaan edistyneitä ratkaisuja erilaisille SiC Wafer -tuotteille puolijohdeteollisuudelle.

Jos olet kiinnostunut yllä olevista tuotteista, ota rohkeasti yhteyttä suoraan meihin.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

Sähköposti: anny@veteksemi.com