En fullstendig forklaring av brikkefremstillingsprosessen (1/2): fra wafer til pakking og testing

Produksjonen av hvert halvlederprodukt krever hundrevis av prosesser, og hele produksjonsprosessen er delt inn i åtte trinn:waferbehandling - oksidasjon - fotolitografi - etsing - tynnfilmavsetning - sammenkobling - testing - emballasje.

Trinn 1:Waferbehandling

Alle halvlederprosesser starter med et sandkorn! Fordi silisiumet i sanden er råmaterialet som trengs for å produsere wafere. Wafere er runde skiver kuttet fra enkeltkrystallsylindre laget av silisium (Si) eller galliumarsenid (GaAs). For å trekke ut silisiummaterialer med høy renhet, trengs silisiumsand, et spesielt materiale med et silisiumdioksydinnhold på opptil 95 %, som også er hovedråstoffet for å lage wafere. Waferbehandling er prosessen med å lage de ovennevnte wafere.

Ingot støping

Først må sanden varmes opp for å skille karbonmonoksidet og silisiumet i den, og prosessen gjentas til ultrahøy renhet elektronisk silisium (EG-Si) er oppnådd. Høyrent silisium smelter til væske og stivner deretter til en enkelt krystall, fast form, kalt en "ingot", som er det første trinnet i halvlederproduksjon.

Produksjonspresisjonen til silisiumbarrer (silisiumsøyler) er svært høy, og når nanometernivået, og den mye brukte produksjonsmetoden er Czochralski-metoden.

Ingot kutting

Etter at forrige trinn er fullført, er det nødvendig å kutte av de to endene av blokken med en diamantsag og deretter kutte den i tynne skiver av en viss tykkelse. Diameteren på ingotskiven bestemmer størrelsen på waferen. Større og tynnere wafere kan deles inn i mer brukbare enheter, noe som bidrar til å redusere produksjonskostnadene. Etter å ha kuttet silisiumblokken, er det nødvendig å legge til "flat område" eller "bulk"-merker på skivene for å lette innstillingen av behandlingsretningen som standard i påfølgende trinn.

Wafer overflate polering

Skivene oppnådd gjennom skjæreprosessen ovenfor kalles "bare wafere", det vil si ubehandlede "rå wafere". Overflaten på den nakne waferen er ujevn og kretsmønsteret kan ikke trykkes direkte på den. Derfor er det nødvendig å først fjerne overflatedefekter gjennom sliping og kjemiske etseprosesser, deretter polere for å danne en jevn overflate, og deretter fjerne gjenværende forurensninger gjennom rengjøring for å få en ferdig wafer med en ren overflate.

Trinn 2: Oksidasjon

Rollen til oksidasjonsprosessen er å danne en beskyttende film på overflaten av waferen. Den beskytter waferen mot kjemiske urenheter, hindrer lekkasjestrøm i å komme inn i kretsen, forhindrer diffusjon under ioneimplantasjon og hindrer waferen i å skli under etsing.

Det første trinnet i oksidasjonsprosessen er å fjerne urenheter og forurensninger. Det krever fire trinn for å fjerne organisk materiale, metallurenheter og fordampe gjenværende vann. Etter rengjøring kan waferen plasseres i et miljø med høy temperatur på 800 til 1200 grader Celsius, og et silisiumdioksid (dvs. "oksid")-lag dannes av strømmen av oksygen eller damp på overflaten av waferen. Oksygen diffunderer gjennom oksidlaget og reagerer med silisium for å danne et oksidlag med varierende tykkelse, og tykkelsen kan måles etter at oksidasjonen er fullført.

Tørr oksidasjon og våt oksidasjon Avhengig av de ulike oksidantene i oksidasjonsreaksjonen, kan den termiske oksidasjonsprosessen deles inn i tørr oksidasjon og våt oksidasjon. Førstnevnte bruker rent oksygen for å produsere et silisiumdioksidlag, som er sakte, men oksidlaget er tynt og tett. Sistnevnte krever både oksygen og svært løselig vanndamp, som er preget av en rask veksthastighet, men et relativt tykt beskyttende lag med lav tetthet.

I tillegg til oksidasjonsmidlet er det andre variabler som påvirker tykkelsen på silisiumdioksidlaget. For det første vil waferstrukturen, dens overflatedefekter og indre dopingkonsentrasjon påvirke hastigheten på oksidlaggenerering. I tillegg, jo høyere trykk og temperatur som genereres av oksidasjonsutstyret, desto raskere vil oksidlaget genereres. Under oksidasjonsprosessen er det også nødvendig å bruke et dummyark i henhold til posisjonen til waferen i enheten for å beskytte waferen og redusere forskjellen i oksidasjonsgrad.

Trinn 3: Fotolitografi

Photolithography is to "print" the circuit pattern onto the wafer through light. We can understand it as drawing the plane map required for semiconductor manufacturing on the surface of the wafer. The higher the fineness of the circuit pattern, the higher the integration of the finished chip, which must be achieved through advanced photolithography technology. Specifically, photolithography can be divided into three steps: coating photoresist, exposure and development.

Belegg

Det første trinnet med å tegne en krets på en wafer er å belegge fotoresisten på oksidlaget. Photoresist gjør waferen til et "fotopapir" ved å endre dens kjemiske egenskaper. Jo tynnere fotoresistlaget er på overflaten av waferen, desto jevnere er belegget, og jo finere er mønsteret som kan skrives ut. Dette trinnet kan gjøres ved "spinnbelegg"-metoden. I henhold til forskjellen i lys (ultrafiolett) reaktivitet, kan fotoresister deles inn i to typer: positive og negative. Førstnevnte vil dekomponere og forsvinne etter eksponering for lys, og etterlate mønsteret til det ueksponerte området, mens sistnevnte vil polymerisere etter eksponering for lys og få mønsteret til den eksponerte delen til å vises.

Eksponering

Etter at fotoresistfilmen er dekket på waferen, kan kretsutskriften fullføres ved å kontrollere lyseksponeringen. Denne prosessen kalles "eksponering". Vi kan selektivt sende lys gjennom eksponeringsutstyret. Når lyset passerer gjennom masken som inneholder kretsmønsteret, kan kretsen skrives ut på waferen som er belagt med fotoresistfilmen nedenfor.

Under eksponeringsprosessen, jo finere det trykte mønsteret er, jo flere komponenter kan den endelige brikken romme, noe som bidrar til å forbedre produksjonseffektiviteten og redusere kostnadene for hver komponent. På dette feltet er den nye teknologien som for tiden vekker stor oppmerksomhet, EUV-litografi. Lam Research Group har i fellesskap utviklet en ny tørrfilm fotoresistteknologi med strategiske partnere ASML og imec. Denne teknologien kan i stor grad forbedre produktiviteten og utbyttet av EUV-litografieksponeringsprosessen ved å forbedre oppløsningen (en nøkkelfaktor i finjustering av kretsbredden).

Utvikling

Steget etter eksponering er å spraye fremkalleren på waferen, hensikten er å fjerne fotoresisten i det avdekkede området av mønsteret, slik at det trykte kretsmønsteret kan avsløres. Etter at utviklingen er fullført, må den kontrolleres av diverse måleutstyr og optiske mikroskoper for å sikre kvaliteten på kretsskjemaet.

Trinn 4: Etsning

Etter at fotolitografien til kretsdiagrammet er fullført på waferen, brukes en etseprosess for å fjerne overflødig oksidfilm og bare la halvlederkretsdiagrammet være igjen. For å gjøre dette brukes væske, gass eller plasma for å fjerne de valgte overflødige delene. Det er to hovedmetoder for etsing, avhengig av stoffene som brukes: våtetsing ved bruk av en spesifikk kjemisk løsning for å reagere kjemisk for å fjerne oksidfilmen, og tørrassing med gass eller plasma.

Våtetsing

Våtetsing ved bruk av kjemiske løsninger for å fjerne oksidfilmer har fordelene med lav pris, rask etsehastighet og høy produktivitet. Våtetsing er imidlertid isotropisk, det vil si at hastigheten er den samme i alle retninger. Dette fører til at masken (eller den sensitive filmen) ikke er helt på linje med den etsede oksidfilmen, så det er vanskelig å behandle veldig fine kretsdiagrammer.

Tørr etsing

Tørr etsing kan deles inn i tre forskjellige typer. Den første er kjemisk etsing, som bruker etsende gasser (hovedsakelig hydrogenfluorid). I likhet med våtetsing er denne metoden isotropisk, noe som betyr at den ikke er egnet for finetsing.

Den andre metoden er fysisk sputtering, som bruker ioner i plasmaet for å påvirke og fjerne det overflødige oksidlaget. Som en anisotropisk etsemetode har sputteringsetsing forskjellige etsningshastigheter i horisontal og vertikal retning, så finheten er også bedre enn kjemisk etsing. Ulempen med denne metoden er imidlertid at etsehastigheten er langsom fordi den er helt avhengig av den fysiske reaksjonen forårsaket av ionekollisjon.

Den siste tredje metoden er reaktiv ionetsing (RIE). RIE kombinerer de to første metodene, det vil si at mens man bruker plasma til ioniseringsfysisk etsing, utføres kjemisk etsing ved hjelp av frie radikaler generert etter plasmaaktivering. I tillegg til at etsehastigheten overstiger de to første metodene, kan RIE bruke de anisotrope egenskapene til ioner for å oppnå høypresisjonsmønsteretsing.

I dag har tørretsing blitt mye brukt for å forbedre utbyttet av fine halvlederkretser. Å opprettholde ensartethet i full wafer og øke etsehastigheten er avgjørende, og dagens mest avanserte tørretsingsutstyr støtter produksjonen av de mest avanserte logikk- og minnebrikkene med høyere ytelse.

VeTek Semiconductor er en profesjonell kinesisk produsent avTantalkarbidbelegg, Silisiumkarbidbelegg, Spesiell grafitt, SilisiumkarbidkeramikkogAnnen halvlederkeramikk. VeTek Semiconductor er forpliktet til å tilby avanserte løsninger for ulike SiC Wafer-produkter for halvlederindustrien.

Hvis du er interessert i produktene ovenfor, kan du gjerne kontakte oss direkte.  

Mobiltelefon: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-post: anny@veteksemi.com