En komplet forklaring af chipfremstillingsprocessen (2/2): Fra skive til emballering og test

Fremstilling af hvert halvlederprodukt kræver hundreder af processer, og hele fremstillingsprocessen er opdelt i otte trin:Wafer Processing - Oxidation - Photolithography - ætsning - tynd filmaflejring - sammenkobling - test - emballage.

---

Trin 5: Tynd filmaflejring

For at oprette mikroenheder inde i chippen, er vi nødt til kontinuerligt at deponere lag af tynde film og fjerne de overskydende dele ved ætsning og også tilføje nogle materialer for at adskille forskellige enheder. Hver transistor eller hukommelsescelle er bygget trin for trin gennem ovenstående proces. Den "tynde film", vi taler om her, henviser til en "film" med en tykkelse på mindre end 1 mikron (μm, en milliondel af en meter), som ikke kan fremstilles ved almindelige mekaniske behandlingsmetoder. Processen med at placere en film, der indeholder de krævede molekylære eller atomiske enheder på en skive, er "deponering".

For at danne en flerlags halvlederstruktur er vi nødt til først at lave en enhedsstak, det vil sige skiftevis stak flere lag af tynde metal (ledende) film og dielektriske (isolerende) film på overfladen af ​​skiven og derefter fjerne de overskydende dele gennem gentagne ætsningsprocesser for at danne en tre-dimensionel struktur. Teknikker, der kan bruges til deponeringsprocesser, inkluderer kemisk dampaflejring (CVD), atomlagets afsætning (ALD) og fysisk dampaflejring (PVD), og metoder ved anvendelse af disse teknikker kan opdeles i tør og våd deponering.

Kemisk dampaflejring (CVD)

I kemisk dampaflejring reagerer forløbergasser i et reaktionskammer for at danne en tynd film fastgjort til overfladen af ​​skiven og biprodukter, der pumpes ud af kammeret. Plasma-forbedret kemisk dampaflejring bruger plasma til at generere reaktantgasser. Denne metode reducerer reaktionstemperaturen, hvilket gør den ideel til temperaturfølsomme strukturer. Brug af plasma kan også reducere antallet af deponeringer, hvilket ofte resulterer i film af højere kvalitet.

Atomic Layer Deposition (ALD)

Atomlagsaflejring danner tynde film ved kun at afsætte et par atomlag ad gangen. Nøglen til denne metode er at cykle uafhængige trin, der udføres i en bestemt rækkefølge og opretholde god kontrol. Belægning af skiveoverfladen med en forløber er det første trin, og derefter introduceres forskellige gasser for at reagere med forløberen for at danne det ønskede stof på skiven.

Fysisk dampaflejring (PVD)

Som navnet antyder henviser fysisk dampaflejring til dannelsen af ​​tynde film på fysiske midler. Sputtering er en fysisk dampaflejringsmetode, der bruger argonplasma til at sputteratomer fra et mål og deponere dem på overfladen af ​​en skive til at danne en tynd film. I nogle tilfælde kan den deponerede film behandles og forbedres gennem teknikker såsom ultraviolet termisk behandling (UVTP).

Trin 6: Forbindelse

Konduktiviteten af ​​halvledere er mellem ledere og ikke-ledere (dvs. isolatorer), som giver os mulighed for fuldt ud at kontrollere strømmen af ​​elektricitet. Wafer-baserede litografi, ætsnings- og deponeringsprocesser kan opbygge komponenter som transistorer, men de skal tilsluttes for at muliggøre transmission og modtagelse af magt og signaler.

Metaller bruges til kredsløbsforbindelse på grund af deres ledningsevne. Metaller, der bruges til halvledere, skal opfylde følgende betingelser:

· Lav resistivitet: Da metalkredsløb er nødt til at passere strøm, skal metallerne i dem have lav modstand.

· Termokemisk stabilitet: Egenskaberne ved metalmaterialer skal forblive uændrede under metalforbindelsesprocessen.

· Høj pålidelighed: Efterhånden som integreret kredsløbsteknologi udvikler sig, skal selv små mængder metalforbindelsesmaterialer have tilstrækkelig holdbarhed.

· Fremstillingsomkostninger: Selv hvis de første tre betingelser er opfyldt, er de materielle omkostninger for høje til at imødekomme behovene i masseproduktion.

Samtrafikprocessen bruger hovedsageligt to materialer, aluminium og kobber.

Aluminiumsforbindelsesproces

Aluminiumsforbindelsesprocessen begynder med aluminiumsaflejring, fotoresistpåføring, eksponering og udvikling, efterfulgt af ætsning for selektivt at fjerne overskydende aluminium og fotoresist, før de går ind i oxidationsprocessen. Når ovenstående trin er afsluttet, gentages fotolitografien, ætsnings- og deponeringsprocesserne, indtil sammenkoblingen er afsluttet.

Ud over sin fremragende ledningsevne er aluminium også let at fotolitografere, ætsning og deponering. Derudover har det en lav omkostning og god vedhæftning til oxidfilmen. Dens ulemper er, at det er let at korrodere og har et lavt smeltepunkt. For at forhindre, at aluminium reagerer med silicium og forårsager forbindelsesproblemer, skal metalaflejringer tilsættes for at separat aluminium fra skiven. Dette depositum kaldes "barriere metal".

Aluminiumskredsløb dannes ved deponering. Efter at skiven kommer ind i vakuumkammeret, vil en tynd film dannet af aluminiumspartikler klæbe til skiven. Denne proces kaldes "dampaflejring (VD)", der inkluderer kemisk dampaflejring og fysisk dampaflejring.

Kobberforbindelsesproces

Efterhånden som halvlederprocesser bliver mere sofistikerede, og enhedsstørrelser krymper, er forbindelseshastigheden og de elektriske egenskaber ved aluminiumskredsløb ikke længere tilstrækkelige, og nye ledere, der opfylder både størrelse og omkostningskrav, er nødvendige. Den første grund til, at kobber kan erstatte aluminium, er, at det har lavere modstand, hvilket giver mulighed for hurtigere enhedsforbindelseshastigheder. Kobber er også mere pålidelig, fordi det er mere resistent over for elektromigration, bevægelsen af ​​metalioner, når strømmen strømmer gennem et metal, end aluminium.

Kobber danner imidlertid ikke let forbindelser, hvilket gør det vanskeligt at fordampe og fjerne fra overfladen af ​​en skive. For at tackle dette problem, i stedet for at ætsning af kobber, deponerer vi og ætser dielektriske materialer, der danner metallinjemønstre, der består af skyttegrave og vias, hvor det er nødvendigt, og fylder derefter de førnævnte "mønstre" med kobber for at opnå sammenkobling, en proces kaldet "Damascene".

Når kobberatomer fortsætter med at diffundere i dielektrikumet, falder sidstnævnte isolering og skaber et barrierelag, der blokerer kobberatomerne fra yderligere diffusion. Der dannes derefter et tyndt kobberfrølag på barriereraget. Dette trin tillader elektroplettering, som er fyldningen af ​​høje aspektforholdsmønstre med kobber. Efter påfyldning kan det overskydende kobber fjernes ved hjælp af kemisk mekanisk polering af metal (CMP). Efter afslutningen kan en oxidfilm deponeres, og den overskydende film kan fjernes ved fotolitografi og ætsningsprocesser. Ovenstående proces skal gentages, indtil kobberforbindelsen er afsluttet.

Fra ovenstående sammenligning kan det ses, at forskellen mellem kobberforbindelse og sammenkobling af aluminium er, at det overskydende kobber fjernes af metal CMP snarere end ætsning.

Trin 7: Test

Hovedmålet med testen er at verificere, om kvaliteten af ​​halvlederchippen opfylder en bestemt standard for at eliminere defekte produkter og forbedre pålideligheden af ​​chippen. Derudover vil de testede mangelfulde produkter ikke komme ind i emballagetrinnet, hvilket hjælper med at spare omkostninger og tid. Elektronisk die -sortering (EDS) er en testmetode til skiver.

EDS er en proces, der verificerer de elektriske egenskaber for hver chip i wafer -tilstand og derved forbedrer halvlederudbyttet. EDS kan opdeles i fem trin som følger:

01 Elektrisk parameterovervågning (EPM)

EPM er det første trin i Semiconductor Chip -test. Dette trin vil teste hver enhed (inklusive transistorer, kondensatorer og dioder), der kræves til halvlederintegrerede kredsløb for at sikre, at deres elektriske parametre opfylder standarderne. Den vigtigste funktion af EPM er at tilvejebringe målte elektriske karakteristiske data, som vil blive brugt til at forbedre effektiviteten af ​​halvlederproduktionsprocesser og produktydelse (ikke at detektere defekte produkter).

02 Wafer Aging Test

Halvleder defektfrekvensen kommer fra to aspekter, nemlig produktionsdefekter (højere i det tidlige stadium) og hastigheden af ​​defekter i hele livscyklussen. Wafer Aging Test refererer til test af skiven under en bestemt temperatur og AC/DC -spænding for at finde ud af de produkter, der kan have defekter i det tidlige stadium, det vil sige for at forbedre pålideligheden af ​​det endelige produkt ved at opdage potentielle defekter.

03 Detektion

Efter at aldringstesten er afsluttet, skal halvlederchippen tilsluttes testenheden med et sonde -kort, og derefter kan temperatur-, hastigheds- og bevægelsestestene udføres på skiven for at verificere de relevante halvlederfunktioner. Se tabellen for en beskrivelse af de specifikke testtrin.

04 Reparation

Reparation er det vigtigste testtrin, fordi nogle mangelfulde chips kan repareres ved at udskifte de problematiske komponenter.

05 prik

De chips, der mislykkedes den elektriske test, er blevet sorteret i de foregående trin, men de skal stadig markeres for at skelne dem. Tidligere var vi nødt til at markere defekte chips med specielt blæk for at sikre, at de kunne identificeres med det blotte øje, men nu sorterer systemet dem automatisk efter testdataværdien.

Trin 8: Emballage

Efter de foregående adskillige processer danner skiven firkantede chips med samme størrelse (også kendt som "enkelt chips"). Den næste ting at gøre er at få individuelle chips ved at skære. De nyligt skårne chips er meget skrøbelige og kan ikke udveksle elektriske signaler, så de skal behandles separat. Denne proces er emballage, der inkluderer dannelse af en beskyttende skal uden for halvlederchippen og give dem mulighed for at udveksle elektriske signaler med ydersiden. Hele emballageprocessen er opdelt i fem trin, nemlig Wafer Sawing, Single Chip -tilknytning, sammenkobling, støbning og emballagestest.

01 Wafer Sawing

For at skære utallige tæt arrangerede chips fra skiven, skal vi først omhyggeligt "slibe" bagsiden af ​​skiven, indtil dens tykkelse imødekommer emballagens behov. Efter slibning kan vi skære langs skriftlinjen på skiven, indtil halvlederchippen er adskilt.

Der er tre typer af wafer savningsteknologi: klingeskæring, laserskæring og plasmaklipning. Blade terning er brugen af ​​et diamantblad til at skære skiven, som er tilbøjelig til friktionsvarme og affald og dermed beskadiger skiven. Laser -terning har højere præcision og kan let håndtere skiver med tynd tykkelse eller lille skriftlinieafstand. Plasmativing bruger princippet om plasma -ætsning, så denne teknologi gælder også, selvom skriftlinieafstand er meget lille.

02 Enkelt skive tilknytning

Når alle chips er adskilt fra skiven, er vi nødt til at fastgøre de individuelle chips (enkelt skiver) til underlaget (blyramme). Substratets funktion er at beskytte halvlederchips og give dem mulighed for at udveksle elektriske signaler med eksterne kredsløb. Læske eller fast tape klæbemidler kan bruges til at fastgøre chips.

03 Sammenkobling

Efter at have fastgjort chippen til underlaget, er vi også nødt til at forbinde kontaktpunkterne for de to for at opnå elektrisk signaludveksling. Der er to forbindelsesmetoder, der kan bruges i dette trin: trådbinding ved hjælp af tynde metaltråde og flip chipbinding ved hjælp af sfæriske guldblokke eller tinblokke. Trådbinding er en traditionel metode, og flip chipbindingsteknologi kan fremskynde halvlederproduktionen.

04 Støbning

Efter at have afsluttet forbindelsen mellem halvlederchippen er der behov for en støbningsproces for at tilføje en pakke til ydersiden af ​​chippen for at beskytte halvlederintegreret kredsløb mod eksterne forhold såsom temperatur og fugtighed. Når pakken er lavet efter behov, er vi nødt til at sætte halvlederchip og epoxy -støbestøbning (EMC) i formen og forsegle den. Den forseglede chip er den endelige form.

05 Emballagetest

De chips, der allerede har haft deres endelige form, skal også bestå den endelige defekt test. Alle de færdige halvlederchips, der går ind i den endelige test, er færdige halvlederchips. De vil blive placeret i testudstyret og indstille forskellige forhold, såsom spænding, temperatur og fugtighed til elektriske, funktionelle og hastighedstest. Resultaterne af disse test kan bruges til at finde defekter og forbedre produktkvalitet og produktionseffektivitet.

Evolution af emballageknologi

Efterhånden som chipstørrelsen falder og ydelseskravene stiger, har emballagen gennemgået mange teknologiske innovationer i de sidste par år. Nogle fremtidsorienterede emballageteknologier og -løsninger inkluderer brugen af ​​afsætning til traditionelle back-end-processer såsom Wafer-Level Packaging (WLP), støbeprocesser og omfordelingslaget (RDL) -teknologi samt ætsning og rengøringsteknologier til front-end Wafer-fremstilling.

Hvad er avanceret emballage?

Traditionel emballage kræver, at hver chip bliver skåret ud af skiven og anbragt i en form. Wafer-Level Packaging (WLP) er en type avanceret emballageteknologi, der henviser til direkte emballering af chippen stadig på skiven. Processen med WLP er at pakke og teste først og derefter adskille alle de dannede chips fra skiven på én gang. Sammenlignet med traditionel emballage er fordelen ved WLP lavere produktionsomkostninger.

Avanceret emballage kan opdeles i 2D -emballage, 2,5D -emballage og 3D -emballage.

Mindre 2D -emballage

Som nævnt tidligere inkluderer hovedformålet med emballageprocessen at sende signalet fra halvlederchippen udefra, og bulerne, der dannes på skiven, er kontaktpunkterne til at sende input/output -signaler. Disse buler er opdelt i fan-in og fan-out. Den tidligere fanformede er inde i chippen, og sidstnævnte fanformet er uden for chipområdet. Vi kalder input/output signalet I/O (input/output), og antallet af input/output kaldes I/O -tælling. I/O -tælling er et vigtigt grundlag for bestemmelse af emballagemetoden. Hvis I/O-tællingen er lav, bruges fan-in-emballage. Da chipstørrelsen ikke ændrer sig meget efter emballering, kaldes denne proces også chip-skalaemballage (CSP) eller wafer-niveau chip-skalaemballage (WLCSP). Hvis I/O-tællingen er høj, bruges fan-out-emballage normalt, og omfordelingslag (RDL'er) kræves ud over stød for at aktivere signalruting. Dette er "fan-out wafer-niveau emballage (FOWLP)."

2.5D emballage

2.5D -emballageknologi kan sætte to eller flere typer chips i en enkelt pakke, mens signaler kan dirigeres lateralt, hvilket kan øge pakkens størrelse og ydeevne. Den mest anvendte 2,5D -emballagemetode er at sætte hukommelse og logikchips i en enkelt pakke gennem en silicium -interposer. 2.5D-emballage kræver kerneteknologier såsom gennem-silicium vias (TSV'er), mikrobuller og fine pitch RDL'er.

3D -emballage

3D -emballageknologi kan sætte to eller flere typer chips i en enkelt pakke, mens signaler kan dirigeres lodret. Denne teknologi er velegnet til mindre og højere I/O -tælling af halvlederchips. TSV kan bruges til chips med høje I/O -tællinger, og trådbinding kan bruges til chips med lave I/O -tællinger og i sidste ende danner et signalsystem, hvor chipsene er arrangeret lodret. De kerneteknologier, der kræves til 3D-emballage, inkluderer TSV og mikrobump-teknologi.

Indtil videre fremstiller de otte trin til fremstilling af halvlederprodukt "Wafer -behandling - oxidation - fotolitografi - ætsning - tynd filmaflejring - sammenkobling - test - emballage" er blevet fuldt ud introduceret. Fra "Sand" til "Chips" udfører Semiconductortorteknologi en rigtig version af "Drejende sten til guld".

---

Vetek Semiconductor er en professionel kinesisk producent afTantalcarbidbelægning, Siliciumcarbidbelægning, Speciel grafit, SiliciumcarbidkeramikogAndre halvlederkeramik. Vetek Semiconductor er forpligtet til at levere avancerede løsninger til forskellige SIC Wafer -produkter til halvlederindustrien.

Hvis du er interesseret i ovenstående produkter, er du velkommen til at kontakte os direkte.  

Mob: +86-180 6922 0752

Whatsapp: +86 180 6922 0752

E -mail: Anny@veteksemi.com