En fullstendig forklaring av brikkefremstillingsprosessen (2/2): 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 - pakking.

Trinn 5: Tynnfilmavsetning

For å lage mikroenhetene inne i brikken, må vi kontinuerlig legge lag med tynne filmer og fjerne overflødige deler ved å etse, og også legge til noen materialer for å skille forskjellige enheter. Hver transistor eller minnecelle bygges trinn for trinn gjennom prosessen ovenfor. Den "tynne filmen" vi snakker om her refererer til en "film" med en tykkelse på mindre enn 1 mikron (μm, en milliondels meter) som ikke kan produseres med vanlige mekaniske bearbeidingsmetoder. Prosessen med å plassere en film som inneholder de nødvendige molekylære eller atomare enhetene på en wafer er "avsetning".

For å danne en flerlags halvlederstruktur, må vi først lage en enhetsstabel, det vil si vekselvis stable flere lag med tynne metall (ledende) filmer og dielektriske (isolerende) filmer på overflaten av waferen, og deretter fjerne overskuddet. deler gjennom gjentatte etseprosesser for å danne en tredimensjonal struktur. Teknikker som kan brukes for avsetningsprosesser inkluderer kjemisk dampavsetning (CVD), atomlagsavsetning (ALD) og fysisk dampavsetning (PVD), og metoder som bruker disse teknikkene kan deles inn i tørr og våt avsetning.

Kjemisk dampavsetning (CVD)

Ved kjemisk dampavsetning reagerer forløpergasser i et reaksjonskammer for å danne en tynn film festet til overflaten av waferen og biprodukter som pumpes ut av kammeret. Plasma-forsterket kjemisk dampavsetning bruker plasma til å generere reaktantgassene. Denne metoden reduserer reaksjonstemperaturen, noe som gjør den ideell for temperaturfølsomme strukturer. Bruk av plasma kan også redusere antall avsetninger, noe som ofte resulterer i filmer av høyere kvalitet.

Atomisk lagavsetning (ALD)

Atomisk lagavsetning danner tynne filmer ved å avsette bare noen få atomlag om gangen. Nøkkelen til denne metoden er å sykle uavhengige trinn som utføres i en bestemt rekkefølge og opprettholde god kontroll. Å belegge waferoverflaten med en forløper er det første trinnet, og deretter introduseres forskjellige gasser for å reagere med forløperen for å danne det ønskede stoffet på waferoverflaten.

Fysisk dampavsetning (PVD)

Som navnet tilsier, refererer fysisk dampavsetning til dannelsen av tynne filmer med fysiske midler. Sputtering er en fysisk dampavsetningsmetode som bruker argonplasma til å sputtere atomer fra et mål og deponere dem på overflaten av en wafer for å danne en tynn film. I noen tilfeller kan den avsatte filmen behandles og forbedres gjennom teknikker som ultrafiolett termisk behandling (UVTP).

Trinn 6: Sammenkobling

Konduktiviteten til halvledere er mellom ledere og ikke-ledere (dvs. isolatorer), som lar oss kontrollere strømmen av elektrisitet fullt ut. Wafer-basert litografi, etsing og avsetningsprosesser kan bygge komponenter som transistorer, men de må kobles til for å muliggjøre overføring og mottak av strøm og signaler.

Metaller brukes til sammenkobling av kretser på grunn av deres ledningsevne. Metaller som brukes til halvledere må oppfylle følgende betingelser:

· Lav resistivitet: Siden metallkretser trenger å passere strøm, bør metallene i dem ha lav motstand.

· Termokjemisk stabilitet: Egenskapene til metallmaterialer må forbli uendret under metallsammenkoblingsprosessen.

· Høy pålitelighet: Ettersom integrert kretsteknologi utvikler seg, må selv små mengder metallforbindelsesmaterialer ha tilstrekkelig holdbarhet.

· Produksjonskostnad: Selv om de tre første betingelsene er oppfylt, er materialkostnaden for høy til å møte behovene til masseproduksjon.

Sammenkoblingsprosessen bruker hovedsakelig to materialer, aluminium og kobber.

Sammenkoblingsprosess i aluminium

Aluminiumsammenkoblingsprosessen begynner med aluminiumavsetning, fotoresistpåføring, eksponering og utvikling, etterfulgt av etsing for selektivt å fjerne overflødig aluminium og fotoresist før den går inn i oksidasjonsprosessen. Etter at trinnene ovenfor er fullført, gjentas fotolitografi-, etsings- og avsetningsprosessene til sammenkoblingen er fullført.

I tillegg til sin utmerkede ledningsevne er aluminium også lett å fotografere, etse og deponere. I tillegg har den en lav kostnad og god vedheft til oksidfilmen. Ulempene er at den er lett å korrodere og har et lavt smeltepunkt. I tillegg, for å forhindre at aluminium reagerer med silisium og forårsaker tilkoblingsproblemer, må metallavleiringer legges til for å skille aluminium fra waferen. Denne avsetningen kalles "barrieremetall".

Aluminiumskretser dannes ved avsetning. Etter at waferen kommer inn i vakuumkammeret, vil en tynn film dannet av aluminiumspartikler feste seg til waferen. Denne prosessen kalles "dampavsetning (VD)", som inkluderer kjemisk dampavsetning og fysisk dampavsetning.

Kobbersammenkoblingsprosess

Ettersom halvlederprosesser blir mer sofistikerte og enhetsstørrelser krymper, er tilkoblingshastigheten og de elektriske egenskapene til aluminiumskretser ikke lenger tilstrekkelige, og det trengs nye ledere som oppfyller både størrelses- og kostnadskrav. Den første grunnen til at kobber kan erstatte aluminium er at det har lavere motstand, noe som gir raskere enhetstilkoblingshastigheter. Kobber er også mer pålitelig fordi det er mer motstandsdyktig mot elektromigrasjon, bevegelse av metallioner når strømmen flyter gjennom et metall, enn aluminium.

Imidlertid danner kobber ikke lett forbindelser, noe som gjør det vanskelig å fordampe og fjerne fra overflaten av en wafer. For å løse dette problemet, i stedet for å etse kobber, deponerer og etser vi dielektriske materialer, som danner metalllinjemønstre bestående av grøfter og vias der det er nødvendig, og fyller deretter de nevnte "mønstrene" med kobber for å oppnå sammenkobling, en prosess som kalles "damascene" .

Når kobberatomer fortsetter å diffundere inn i dielektrikumet, reduseres sistnevntes isolasjon og skaper et barrierelag som blokkerer kobberatomene fra videre diffusjon. Det dannes så et tynt kobberfrølag på barrierelaget. Dette trinnet tillater galvanisering, som er å fylle mønstre med høyt sideforhold med kobber. Etter fylling kan overflødig kobber fjernes ved metall kjemisk mekanisk polering (CMP). Etter ferdigstillelse kan en oksidfilm avsettes, og overskuddsfilmen kan fjernes ved fotolitografi og etseprosesser. Prosessen ovenfor må gjentas til kobberforbindelsen er fullført.

Fra sammenligningen ovenfor kan det sees at forskjellen mellom kobbersammenkobling og aluminiumsammenkobling er at overflødig kobber fjernes ved metall CMP i stedet for etsing.

Trinn 7: Testing

Hovedmålet med testen er å verifisere om kvaliteten på halvlederbrikken oppfyller en viss standard, for å eliminere defekte produkter og forbedre påliteligheten til brikken. I tillegg vil defekte produkter som er testet ikke gå inn i pakketrinnet, noe som bidrar til å spare kostnader og tid. Elektronisk dyssortering (EDS) er en testmetode for wafere.

EDS er en prosess som verifiserer de elektriske egenskapene til hver brikke i wafertilstanden og derved forbedrer halvlederutbyttet. EDS kan deles inn i fem trinn, som følger:

01 Elektrisk parameterovervåking (EPM)

EPM er det første trinnet i testing av halvlederbrikke. Dette trinnet vil teste hver enhet (inkludert transistorer, kondensatorer og dioder) som kreves for integrerte halvlederkretser for å sikre at deres elektriske parametere oppfyller standardene. Hovedfunksjonen til EPM er å gi målte elektriske karakteristiske data, som vil bli brukt til å forbedre effektiviteten til halvlederproduksjonsprosesser og produktytelse (ikke for å oppdage defekte produkter).

02 Wafer-aldringstest

Halvlederdefektraten kommer fra to aspekter, nemlig frekvensen av produksjonsfeil (høyere i det tidlige stadiet) og frekvensen av defekter i hele livssyklusen. Wafer-aldringstest refererer til å teste waferen under en viss temperatur og AC/DC-spenning for å finne ut produktene som kan ha defekter på et tidlig stadium, det vil si å forbedre påliteligheten til sluttproduktet ved å oppdage potensielle defekter.

03 Deteksjon

Etter at aldringstesten er fullført, må halvlederbrikken kobles til testenheten med et sondekort, og deretter kan temperatur-, hastighets- og bevegelsestestene utføres på waferen for å verifisere de relevante halvlederfunksjonene. Se tabellen for en beskrivelse av de spesifikke testtrinnene.

04 Reparasjon

Reparasjon er det viktigste testtrinnet fordi noen defekte brikker kan repareres ved å erstatte de problematiske komponentene.

05 Punktering

Brikkene som ikke klarte den elektriske testen har blitt sortert ut i de foregående trinnene, men de må fortsatt merkes for å skille dem. Tidligere trengte vi å merke defekte brikker med spesialblekk for å sikre at de kunne identifiseres med det blotte øye, men nå sorterer systemet dem automatisk i henhold til testdataverdien.

Trinn 8: Pakking

Etter de foregående flere prosessene vil waferen danne kvadratiske brikker av samme størrelse (også kjent som "single chips"). Den neste tingen å gjøre er å skaffe individuelle chips ved å kutte. De nyskårne brikkene er svært skjøre og kan ikke utveksle elektriske signaler, så de må behandles separat. Denne prosessen er emballasje, som inkluderer å danne et beskyttende skall utenfor halvlederbrikken og la dem utveksle elektriske signaler med utsiden. Hele pakkeprosessen er delt inn i fem trinn, nemlig wafersaging, enkeltsponfeste, sammenkobling, støping og pakketesting.

01 Wafersaging

For å kutte utallige tett anordnede spon fra waferen, må vi først forsiktig "slipe" baksiden av waferen til dens tykkelse møter behovene til pakkeprosessen. Etter sliping kan vi kutte langs skrislinjen på waferen til halvlederbrikken er separert.

Det finnes tre typer wafersaging-teknologi: knivskjæring, laserskjæring og plasmaskjæring. Knivdeling er bruken av et diamantblad for å kutte waferen, som er utsatt for friksjonsvarme og rusk og dermed skade waferen. Laser terninger har høyere presisjon og kan enkelt håndtere wafere med tynn tykkelse eller liten ripsavstand. Plasma-terninger bruker prinsippet for plasmaetsing, så denne teknologien er også anvendelig selv om avstanden mellom rillene er svært liten.

02 Enkelt skivefeste

Etter at alle brikkene er skilt fra waferen, må vi feste de individuelle brikkene (enkelte wafere) til underlaget (blyramme). Substratets funksjon er å beskytte halvlederbrikkene og gjøre dem i stand til å utveksle elektriske signaler med eksterne kretser. Flytende eller fast tapelim kan brukes til å feste sjetongene.

03 Sammenkobling

Etter å ha festet brikken til underlaget, må vi også koble kontaktpunktene til de to for å oppnå elektrisk signalutveksling. Det er to tilkoblingsmetoder som kan brukes i dette trinnet: trådbinding ved hjelp av tynne metalltråder og flip-chip-binding ved bruk av sfæriske gullblokker eller tinnblokker. Wire bonding er en tradisjonell metode, og flip chip bonding teknologi kan øke hastigheten på halvlederproduksjonen.

04 Støping

Etter å ha fullført tilkoblingen av halvlederbrikken, er det nødvendig med en støpeprosess for å legge til en pakke på utsiden av brikken for å beskytte den integrerte halvlederkretsen mot ytre forhold som temperatur og fuktighet. Etter at pakkeformen er laget etter behov, må vi legge halvlederbrikken og epoksystøpemassen (EMC) inn i formen og forsegle den. Den forseglede brikken er den endelige formen.

05 Emballasjetest

Brikkene som allerede har fått sin endelige form må også bestå den endelige defekttesten. Alle de ferdige halvlederbrikkene som går inn i den endelige testen er ferdige halvlederbrikker. De skal plasseres i testutstyret og sette ulike forhold som spenning, temperatur og fuktighet for elektriske, funksjonelle og hastighetstester. Resultatene av disse testene kan brukes til å finne defekter og forbedre produktkvaliteten og produksjonseffektiviteten.

Evolusjon av emballasjeteknologi

Ettersom brikkestørrelsen reduseres og ytelseskravene øker, har emballasje gjennomgått mange teknologiske innovasjoner de siste årene. Noen fremtidsorienterte emballasjeteknologier og -løsninger inkluderer bruk av deponering for tradisjonelle back-end-prosesser som wafer-level packaging (WLP), bumping-prosesser og redistribution layer (RDL)-teknologi, samt etse- og renseteknologier for front-end wafer produksjon.

Hva er avansert emballasje?

Tradisjonell emballasje krever at hver brikke kuttes ut av oblaten og legges i en form. Wafer-level packaging (WLP) er en type avansert emballasjeteknologi, som refererer til direkte pakking av brikken som fortsatt er på waferen. Prosessen med WLP er å pakke og teste først, og deretter skille alle de dannede brikkene fra waferen på en gang. Sammenlignet med tradisjonell emballasje er fordelen med WLP lavere produksjonskostnader.

Avansert emballasje kan deles inn i 2D-emballasje, 2,5D-emballasje og 3D-emballasje.

Mindre 2D-emballasje

Som nevnt tidligere inkluderer hovedformålet med pakkeprosessen å sende signalet fra halvlederbrikken til utsiden, og støtene som dannes på waferen er kontaktpunktene for sending av inngangs-/utgangssignaler. Disse ujevnhetene er delt inn i fan-in og fan-out. Den førstnevnte vifteformede er inne i brikken, og den sistnevnte vifteformede er utenfor brikkeområdet. Vi kaller inngangs-/utgangssignalet I/O (inngang/utgang), og antall innganger/utganger kalles I/O-telling. I/O-telling er et viktig grunnlag for å bestemme emballasjemetoden. Hvis I/O-antallet er lavt, brukes vifteinnpakning. Siden brikkestørrelsen ikke endres mye etter pakking, kalles denne prosessen også chip-scale packaging (CSP) eller wafer-level chip-scale packaging (WLCSP). Hvis I/O-antallet er høyt, brukes vanligvis fan-out-emballasje, og omfordelingslag (RDL) kreves i tillegg til støt for å muliggjøre signalruting. Dette er "fan-out wafer-level emballasje (FOWLP)."

2.5D-emballasje

2.5D-pakketeknologi kan sette to eller flere typer brikker i en enkelt pakke samtidig som signaler kan rutes sideveis, noe som kan øke størrelsen og ytelsen til pakken. Den mest brukte 2.5D-pakkemetoden er å sette minne- og logikkbrikker i en enkelt pakke gjennom en silisium-mellomlegger. 2.5D-emballasje krever kjerneteknologier som gjennomgående silisium-vias (TSV), mikrobuler og finpitch RDL-er.

3D-emballasje

3D-pakketeknologi kan sette to eller flere typer brikker i en enkelt pakke samtidig som signaler kan rutes vertikalt. Denne teknologien er egnet for halvlederbrikker med mindre og høyere I/O-tall. TSV kan brukes for brikker med høyt I/O-tall, og wire bonding kan brukes for brikker med lavt I/O-tall, og til slutt danne et signalsystem der brikkene er anordnet vertikalt. Kjerneteknologiene som kreves for 3D-emballasje inkluderer TSV og mikrobump-teknologi.

Så langt har de åtte trinnene for produksjon av halvlederprodukter "wafer-behandling - oksidasjon - fotolitografi - etsing - tynnfilmavsetning - sammenkobling - testing - pakking" blitt fullstendig introdusert. Fra "sand" til "brikker" utfører halvlederteknologi en ekte versjon av "å gjøre steiner til gull".

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