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

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

Vaihe 5: Ohutkalvopinnoitus

Mikrolaitteiden luomiseksi sirun sisään meidän on kerrostettava jatkuvasti ohuita kalvoja ja poistettava ylimääräiset osat syövyttämällä sekä lisättävä materiaaleja eri laitteiden erottamiseksi. Jokainen transistori tai muistisolu rakennetaan vaihe vaiheelta yllä olevan prosessin kautta. "Ohutkalvo", josta tässä puhutaan, viittaa "kalvoon", jonka paksuus on alle 1 mikronin (μm, metrin miljoonasosa), jota ei voida valmistaa tavallisilla mekaanisilla käsittelymenetelmillä. Prosessi, jossa vaaditut molekyyli- tai atomiyksiköt sisältävä kalvo asetetaan kiekolle, on "pinnoitus".

Monikerroksisen puolijohderakenteen muodostamiseksi meidän on ensin tehtävä laitepino, toisin sanoen pinottava vuorotellen useita kerroksia ohuita metallikalvoja (johtavia) kalvoja ja dielektrisiä (eristäviä) kalvoja kiekon pinnalle ja sitten poistettava ylimääräinen. osat toistuvien etsausprosessien kautta muodostaen kolmiulotteisen rakenteen. Päällystysprosesseissa käytettäviä tekniikoita ovat mm. kemiallinen höyrypinnoitus (CVD), atomikerrospinnoitus (ALD) ja fyysinen höyrypinnoitus (PVD), ja näitä tekniikoita käyttävät menetelmät voidaan jakaa kuiva- ja märkäpinnoitukseen.

Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD)

Kemiallisessa höyrysaostuksessa esiastekaasut reagoivat reaktiokammiossa muodostaen ohuen kalvon, joka kiinnittyy kiekon pintaan ja sivutuotteet, jotka pumpataan ulos kammiosta. Plasmalla tehostettu kemiallinen höyrypinnoitus käyttää plasmaa reagoivien kaasujen muodostamiseen. Tämä menetelmä alentaa reaktiolämpötilaa, mikä tekee siitä ihanteellisen lämpötilaherkille rakenteille. Plasman käyttö voi myös vähentää kerrostumien määrää, mikä usein johtaa laadukkaampiin kalvoihin.

Atomikerrospinnoitus (ALD)

Atomikerrospinnoitus muodostaa ohuita kalvoja kerrostamalla vain muutaman atomikerroksen kerrallaan. Tämän menetelmän avain on suorittaa riippumattomia vaiheita, jotka suoritetaan tietyssä järjestyksessä, ja ylläpitää hyvää hallintaa. Ensimmäinen vaihe on kiekon pinnan päällystäminen esiasteella, minkä jälkeen eri kaasut johdetaan reagoimaan esiasteen kanssa halutun aineen muodostamiseksi kiekon pinnalle.

Fysikaalinen höyrypinnoitus (PVD)

Kuten nimestä voi päätellä, fysikaalinen höyrysaostus viittaa ohuiden kalvojen muodostumiseen fysikaalisin keinoin. Sputterointi on fysikaalinen höyrypinnoitusmenetelmä, jossa argonplasman avulla sputteroidaan atomeja kohteesta ja kerrostetaan ne kiekon pinnalle ohuen kalvon muodostamiseksi. Joissakin tapauksissa kerrostettu kalvo voidaan käsitellä ja parantaa tekniikoilla, kuten ultraviolettilämpökäsittelyllä (UVTP).

Vaihe 6: Yhteenliittäminen

Puolijohteiden johtavuus on johtimien ja ei-johtimien (eli eristeiden) välissä, mikä mahdollistaa sähkövirran täydellisen hallinnan. Kiekkopohjaiset litografia-, etsaus- ja pinnoitusprosessit voivat rakentaa komponentteja, kuten transistoreja, mutta ne on kytkettävä tehon ja signaalien lähettämiseksi ja vastaanottamiseksi.

Metalleja käytetään piirien yhteenliittämiseen niiden johtavuuden vuoksi. Puolijohteisiin käytettyjen metallien on täytettävä seuraavat ehdot:

· Matala vastus: Koska metallipiirien on läpäistävä virta, niissä olevien metallien vastuksen tulee olla pieni.

· Termokemiallinen stabiilisuus: Metallimateriaalien ominaisuuksien tulee pysyä muuttumattomina metallien yhteenliittämisprosessin aikana.

· Korkea luotettavuus: Integroidun piiritekniikan kehittyessä pientenkin metallisten liitäntämateriaalien tulee olla riittävän kestäviä.

· Valmistuskustannukset: Vaikka kolme ensimmäistä ehtoa täyttyisivät, materiaalikustannukset ovat liian korkeat massatuotannon tarpeisiin.

Yhteenliittämisprosessissa käytetään pääasiassa kahta materiaalia, alumiinia ja kuparia.

Alumiinin yhdistämisprosessi

Alumiinin yhdistämisprosessi alkaa alumiinin pinnoituksella, fotoresistin levityksellä, valotuksella ja kehityksellä, jota seuraa syövytys ylimääräisen alumiinin ja fotoresistin poistamiseksi valikoivasti ennen hapetusprosessin aloittamista. Kun yllä olevat vaiheet on suoritettu, fotolitografia-, etsaus- ja saostusprosessit toistetaan, kunnes yhteenliittäminen on valmis.

Erinomaisen johtavuutensa lisäksi alumiinia on myös helppo valokuvata, etsata ja tallettaa. Lisäksi sillä on edullinen hinta ja hyvä tarttuvuus oksidikalvoon. Sen haittoja ovat, että se on helppo syöpyä ja sillä on alhainen sulamispiste. Lisäksi, jotta alumiini ei reagoi piin kanssa ja aiheuta liitosongelmia, on lisättävä metallikerrostumia alumiinin erottamiseksi kiekosta. Tätä talletusta kutsutaan "sulkumetalliksi".

Alumiinipiirit muodostetaan kerrostamalla. Kun kiekko tulee tyhjökammioon, kiekkoon kiinnittyy ohut alumiinihiukkasten muodostama kalvo. Tätä prosessia kutsutaan "höyrypinnoitukseksi (VD)", joka sisältää kemiallisen höyrypinnoituksen ja fysikaalisen höyrypinnoituksen.

Kuparin yhteenliittämisprosessi

Puolijohdeprosessien kehittyessä ja laitekokojen pienentyessä alumiinipiirien kytkentänopeus ja sähköiset ominaisuudet eivät ole enää riittävät, ja tarvitaan uusia johtimia, jotka täyttävät sekä koko- että kustannusvaatimukset. Ensimmäinen syy, miksi kupari voi korvata alumiinin, on se, että sen vastus on pienempi, mikä mahdollistaa nopeammat laiteyhteysnopeudet. Kupari on myös luotettavampi, koska se kestää paremmin sähkömigraatiota, metalli-ionien liikettä, kun virta kulkee metallin läpi, kuin alumiini.

Kupari ei kuitenkaan muodosta helposti yhdisteitä, mikä vaikeuttaa sen höyrystämistä ja poistamista kiekon pinnalta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi kuparin etsauksen sijasta kerrostamme ja etsaamme dielektrisiä materiaaleja, jotka muodostavat metallisia viivakuvioita, jotka koostuvat kaivoista ja läpivientiaukoista tarvittaessa, ja sitten täytämme edellä mainitut "kuviot" kuparilla keskinäisen kytkennän saavuttamiseksi, prosessia kutsutaan "damasseeniksi". .

Kun kupariatomit jatkavat diffuusiota dielektriseen aineeseen, sen eristys pienenee ja muodostaa sulkukerroksen, joka estää kupariatomien diffuusiota. Sitten sulkukerroksen päälle muodostetaan ohut kuparisiemenkerros. Tämä vaihe mahdollistaa galvanoinnin, joka on korkean kuvasuhteen kuvioiden täyttäminen kuparilla. Täytön jälkeen ylimääräinen kupari voidaan poistaa metallikemiallisella mekaanisella kiillotuksella (CMP). Valmistumisen jälkeen oksidikalvo voidaan kerrostaa ja ylimääräinen kalvo voidaan poistaa fotolitografialla ja etsauksella. Yllä oleva prosessi on toistettava, kunnes kupariliitäntä on valmis.

Yllä olevasta vertailusta voidaan nähdä, että ero kupariliitoksen ja alumiiniliitoksen välillä on se, että ylimääräinen kupari poistetaan metalli-CMP:llä etsauksen sijaan.

Vaihe 7: Testaus

Testin päätavoitteena on varmistaa, täyttääkö puolijohdesirun laatu tiettyä standardia, jotta vialliset tuotteet voidaan eliminoida ja sirun luotettavuus parantaa. Lisäksi testatut vialliset tuotteet eivät pääse pakkausvaiheeseen, mikä auttaa säästämään kustannuksia ja aikaa. Elektroninen stanssauslajittelu (EDS) on kiekkojen testausmenetelmä.

EDS on prosessi, joka tarkistaa jokaisen sirun sähköiset ominaisuudet kiekkotilassa ja parantaa siten puolijohteen tuottoa. EDS voidaan jakaa viiteen vaiheeseen seuraavasti:

01 Sähköisten parametrien valvonta (EPM)

EPM on ensimmäinen askel puolijohdesirujen testauksessa. Tässä vaiheessa testataan jokaista laitetta (mukaan lukien transistorit, kondensaattorit ja diodit), joita tarvitaan integroituihin puolijohdepiireihin sen varmistamiseksi, että niiden sähköiset parametrit ovat standardien mukaisia. EPM:n päätehtävänä on tuottaa mitattuja sähköisiä ominaisuustietoja, joita käytetään puolijohteiden valmistusprosessien tehokkuuden ja tuotteen suorituskyvyn parantamiseen (ei viallisten tuotteiden havaitsemiseen).

02 Kiekkojen ikääntymistesti

Puolijohteiden vikojen määrä tulee kahdesta näkökulmasta, nimittäin valmistusvirheiden määrästä (korkeampi alkuvaiheessa) ja vikojen määrästä koko elinkaaren aikana. Kiekon ikääntymistesti tarkoittaa kiekon testaamista tietyssä lämpötilassa ja AC/DC-jännitteessä, jotta varhaisessa vaiheessa saadaan selville tuotteet, joissa saattaa olla vikoja, eli parannetaan lopputuotteen luotettavuutta havaitsemalla mahdolliset viat.

03 Havaitseminen

Kun ikääntymistesti on suoritettu, puolijohdesiru on kytkettävä testilaitteeseen anturikortilla, minkä jälkeen kiekolle voidaan tehdä lämpötila-, nopeus- ja liiketestit asianmukaisten puolijohteiden toimintojen tarkistamiseksi. Katso taulukosta kuvaus erityisistä testivaiheista.

04 Korjaus

Korjaus on tärkein testivaihe, koska jotkin vialliset sirut voidaan korjata vaihtamalla ongelmalliset komponentit.

05 Pisteily

Sähkötestissä epäonnistuneet sirut on selvitetty edellisissä vaiheissa, mutta ne täytyy silti merkitä erottelemaan ne. Aiemmin meidän piti merkitä vialliset sirut erityisellä musteella varmistaaksemme, että ne voidaan tunnistaa paljaalla silmällä, mutta nyt järjestelmä lajittelee ne automaattisesti testitietojen arvon mukaan.

Vaihe 8: Pakkaus

Edellisten useiden prosessien jälkeen kiekko muodostaa samankokoisia neliömäisiä siruja (tunnetaan myös nimellä "single chips"). Seuraavaksi tulee saada yksittäisiä lastuja leikkaamalla. Äskettäin leikatut sirut ovat erittäin hauraita eivätkä pysty vaihtamaan sähköisiä signaaleja, joten ne on käsiteltävä erikseen. Tämä prosessi on pakkaus, joka sisältää suojakuoren muodostamisen puolijohdesirun ulkopuolelle ja niiden sallimisen vaihtaa sähköisiä signaaleja ulkopuolen kanssa. Koko pakkausprosessi on jaettu viiteen vaiheeseen, jotka ovat kiekkojen sahaus, yhden sirun kiinnitys, yhteenliittäminen, muovaus ja pakkaustestaus.

01 Kiekkojen sahaus

Voidaksemme leikata vohvelista lukemattomia tiiviisti järjestettyjä lastuja, meidän on ensin huolellisesti "hiottava" kiekon takaosa, kunnes sen paksuus vastaa pakkausprosessin tarpeita. Hionnan jälkeen voimme leikata kiekon viivaviivaa pitkin, kunnes puolijohdesiru on erotettu.

Kiekon sahaustekniikkaa on kolmenlaisia: teräleikkaus, laserleikkaus ja plasmaleikkaus. Terän kuutioiminen on timanttiterän käyttöä kiekon leikkaamiseen, joka on altis kitkalämmölle ja roskille ja siten vaurioittaa kiekkoa. Laserkuutioinnissa on suurempi tarkkuus, ja se pystyy käsittelemään helposti ohuita tai pieniä viivanväliä olevia kiekkoja. Plasmakuutioinnissa käytetään plasmaetsauksen periaatetta, joten tätä tekniikkaa voidaan soveltaa myös silloin, kun viivaväli on hyvin pieni.

02 Yksittäinen kiekkoliitin

Kun kaikki sirut on erotettu kiekosta, meidän on kiinnitettävä yksittäiset sirut (yksittäiset kiekot) alustaan ​​(lyijykehykseen). Substraatin tehtävänä on suojata puolijohdesiruja ja antaa niille mahdollisuus vaihtaa sähköisiä signaaleja ulkoisten piirien kanssa. Lastujen kiinnittämiseen voidaan käyttää nestemäisiä tai kiinteitä teippiliimoja.

03 Yhteenliittäminen

Kun siru on kiinnitetty alustaan, meidän on myös yhdistettävä näiden kahden kosketuspisteet sähköisen signaalin vaihdon saavuttamiseksi. Tässä vaiheessa voidaan käyttää kahta liitäntämenetelmää: lankojen liittäminen ohuilla metallilangoilla ja flip chip -liitos pallomaisilla kultapaloilla tai tinalohkoilla. Lankojen liittäminen on perinteinen menetelmä, ja flip chip -liitostekniikka voi nopeuttaa puolijohteiden valmistusta.

04 Muovaus

Puolijohdesirun liittämisen jälkeen tarvitaan muovausprosessi, jotta sirun ulkopuolelle lisätään paketti suojaamaan integroitua puolijohdesirua ulkoisilta olosuhteilta, kuten lämpötilalta ja kosteudelta. Kun pakkausmuotti on valmistettu tarpeen mukaan, meidän on asetettava puolijohdesiru ja epoksimuovausmassa (EMC) muottiin ja suljettava se. Suljettu siru on lopullinen muoto.

05 Pakkaustesti

Myös lopullisen muotonsa saaneiden sirujen on läpäistävä lopullinen vikatesti. Kaikki lopulliseen testiin tulevat valmiit puolijohdesirut ovat valmiita puolijohdesiruja. Ne sijoitetaan testilaitteistoon ja asetetaan erilaisia ​​olosuhteita, kuten jännite, lämpötila ja kosteus sähkö-, toiminta- ja nopeustestejä varten. Näiden testien tuloksia voidaan käyttää vikojen etsimiseen sekä tuotteiden laadun ja tuotannon tehokkuuden parantamiseen.

Pakkaustekniikan kehitys

Kun sirujen koko pienenee ja suorituskykyvaatimukset kasvavat, pakkauksissa on viime vuosina tehty monia teknologisia innovaatioita. Joihinkin tulevaisuuteen suuntautuneisiin pakkaustekniikoihin ja -ratkaisuihin kuuluu pinnoituksen käyttö perinteisissä taustaprosesseissa, kuten kiekkotason pakkaamisessa (WLP), töyssyprosesseissa ja uudelleenjakokerroksen (RDL) teknologiassa, sekä etsaus- ja puhdistusteknologiat etupäässä. kiekkojen valmistus.

Mikä on edistynyt pakkaus?

Perinteinen pakkaus edellyttää, että jokainen siru leikataan irti kiekosta ja asetetaan muottiin. Wafer-level pakkaus (WLP) on eräänlainen edistynyt pakkaustekniikka, joka tarkoittaa sirun pakkaamista suoraan kiekkoon edelleen. WLP:n prosessi on pakata ja testata ensin ja sitten erottaa kaikki muodostuneet sirut kiekosta kerralla. Perinteisiin pakkauksiin verrattuna WLP:n etuna on alhaisemmat tuotantokustannukset.

Edistyneet pakkaukset voidaan jakaa 2D-, 2.5D- ja 3D-pakkauksiin.

Pienempi 2D-pakkaus

Kuten aiemmin mainittiin, pakkausprosessin päätarkoituksena on puolijohdesirun signaalin lähettäminen ulos, ja kiekkoon muodostuneet kohoumat ovat kontaktipisteitä tulo/lähtösignaalien lähettämiselle. Nämä kohoumat on jaettu fan-in ja fan-out. Edellinen viuhkamainen on sirun sisällä, ja jälkimmäinen viuhkamainen on sirualueen ulkopuolella. Kutsumme tulo/lähtösignaalia I/O:ksi (input/output), ja tulojen/lähtöjen määrää kutsutaan I/O-määräksi. I/O-määrä on tärkeä perusta pakkausmenetelmän määrittämisessä. Jos I/O-määrä on pieni, käytetään tuuletinpakkausta. Koska sirun koko ei muutu paljoa pakkaamisen jälkeen, tätä prosessia kutsutaan myös sirukokoiseksi pakkaamiseksi (CSP) tai kiekkotason sirukokoiseksi pakkaamiseksi (WLCSP). Jos I/O-määrä on suuri, käytetään yleensä fan-out-pakkausta, ja uudelleenjakokerrokset (RDL) vaaditaan töyssyjen lisäksi signaalin reitittämisen mahdollistamiseksi. Tämä on "fan-out kiekkotason pakkaus (FOWLP)."

2.5D pakkaus

2.5D-pakkaustekniikka voi laittaa kaksi tai useampia siruja yhteen pakkaukseen samalla kun signaalit voidaan reitittää sivusuunnassa, mikä voi lisätä pakkauksen kokoa ja suorituskykyä. Yleisimmin käytetty 2.5D-pakkausmenetelmä on laittaa muisti- ja logiikkasirut yhdeksi pakkaukseksi piivälityslaitteen kautta. 2.5D-pakkaus vaatii ydinteknologioita, kuten silicon läpivientejä (TSV), mikrokuoppaa ja hienojakoisia RDL:itä.

3D pakkaus

3D-pakkaustekniikka voi laittaa kahden tai useamman tyyppisiä siruja yhteen pakkaukseen samalla kun signaalit voidaan reitittää pystysuunnassa. Tämä tekniikka sopii pienemmille ja suuremmille I/O-lukuisille puolijohdesiruille. TSV:tä voidaan käyttää siruille, joilla on korkea I/O-luku, ja johdinsidontaa voidaan käyttää siruille, joilla on alhainen I/O-luku, ja se muodostaa lopulta signaalijärjestelmän, jossa sirut on järjestetty pystysuoraan. 3D-pakkausten ydinteknologioita ovat TSV ja micro-bump-tekniikka.

Toistaiseksi puolijohdetuotteiden valmistuksen kahdeksan vaihetta "kiekkojen käsittely - hapetus - fotolitografia - syövytys - ohutkalvopinnoitus - yhteenliittäminen - testaus - pakkaus" on otettu täysin käyttöön. "Hiekasta" "lastuihin" puolijohdetekniikka suorittaa todellisen version "kivien muuttamisesta kullaksi".

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