Полное объяснение процесса производства чипов (1/2): от пластины до упаковки и тестирования.

Производство каждого полупроводникового изделия требует сотен процессов, и весь производственный процесс разделен на восемь этапов:обработка пластин - окисление - фотолитография - травление - нанесение тонкой пленки - взаимосвязь - тестирование - упаковка.

Шаг 1:Обработка пластин

Все полупроводниковые процессы начинаются с песчинки! Потому что кремний, содержащийся в песке, является сырьем, необходимым для производства пластин. Пластины представляют собой круглые пластинки, вырезанные из монокристаллических цилиндров, изготовленных из кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs). Для получения кремниевых материалов высокой чистоты необходим кварцевый песок – специальный материал с содержанием диоксида кремния до 95%, который также является основным сырьем для изготовления пластин. Обработка вафель — это процесс изготовления вышеуказанных вафель.

Литье слитков

Сначала песок необходимо нагреть, чтобы отделить в нем окись углерода и кремний, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет получен кремний сверхвысокой чистоты электронного качества (EG-Si). Кремний высокой чистоты плавится в жидкость, а затем затвердевает в монокристаллическую твердую форму, называемую «слитком», что является первым шагом в производстве полупроводников.

Точность изготовления кремниевых слитков (кремниевых столбиков) очень высока, достигая нанометрового уровня, а широко применяемым методом изготовления является метод Чохральского.

Резка слитков

После того, как предыдущий этап выполнен, необходимо отрезать два конца слитка алмазной пилой, а затем разрезать его на тонкие ломтики определенной толщины. Диаметр слитка определяет размер пластины. Более крупные и тонкие пластины можно разделить на более удобные для использования единицы, что помогает снизить производственные затраты. После резки кремниевого слитка необходимо добавить на срезы метки «плоские участки» или «вмятины», чтобы облегчить установку направления обработки в качестве стандарта на последующих этапах.

Полировка поверхности пластины

Ломтики, полученные в результате описанного выше процесса резки, называются «голыми вафлями», то есть необработанными «сырыми вафлями». Поверхность голой пластины неровная, и рисунок схемы невозможно напечатать непосредственно на ней. Поэтому необходимо сначала удалить поверхностные дефекты посредством процессов шлифования и химического травления, затем отполировать до образования гладкой поверхности, а затем удалить остаточные загрязнения путем очистки, чтобы получить готовую пластину с чистой поверхностью.

Шаг 2: Окисление

Роль процесса окисления заключается в формировании защитной пленки на поверхности пластины. Он защищает пластину от химических примесей, предотвращает попадание тока утечки в схему, предотвращает диффузию при ионной имплантации и предотвращает скольжение пластины во время травления.

Первым этапом процесса окисления является удаление примесей и загрязнений. Требуется четыре этапа для удаления органических веществ, металлических примесей и испарения остаточной воды. После очистки пластину можно поместить в высокотемпературную среду от 800 до 1200 градусов Цельсия, при этом слой диоксида кремния (то есть «оксида») формируется потоком кислорода или пара на поверхности пластины. Кислород диффундирует через оксидный слой и вступает в реакцию с кремнием, образуя оксидный слой различной толщины, и его толщину можно измерить после завершения окисления.

Сухое окисление и мокрое окисление. В зависимости от различных окислителей, участвующих в реакции окисления, процесс термического окисления можно разделить на сухое окисление и мокрое окисление. В первом случае для создания слоя диоксида кремния используется чистый кислород, процесс медленный, но оксидный слой тонкий и плотный. Для последнего необходим как кислород, так и хорошо растворимый водяной пар, характеризующийся высокой скоростью роста, но относительно толстым защитным слоем с низкой плотностью.

Помимо окислителя, существуют и другие переменные, влияющие на толщину слоя диоксида кремния. Во-первых, на скорость образования оксидного слоя будут влиять структура пластины, ее поверхностные дефекты и концентрация внутреннего легирования. Кроме того, чем выше давление и температура, создаваемые окислительным оборудованием, тем быстрее будет образовываться оксидный слой. В процессе окисления также необходимо использовать лист-заглушку в зависимости от положения пластины в агрегате, чтобы защитить пластину и уменьшить разницу в степени окисления.

Шаг 3: Фотолитография

Фотолитография заключается в «печати» рисунка схемы на пластине посредством света. Мы можем понимать это как рисование карты плоскости, необходимой для производства полупроводников, на поверхности пластины. Чем выше тонкость рисунка схемы, тем выше интеграция готового чипа, чего необходимо достичь с помощью передовой технологии фотолитографии. В частности, фотолитографию можно разделить на три этапа: нанесение фоторезиста, экспонирование и проявление.

Покрытие

Первым шагом рисования схемы на пластине является нанесение фоторезиста на оксидный слой. Фоторезист превращает пластину в «фотобумагу», изменяя ее химические свойства. Чем тоньше слой фоторезиста на поверхности пластины, тем равномернее покрытие и тем тоньше рисунок, который можно напечатать. Этот этап можно выполнить методом «покрытия центрифугированием». По разнице световой (ультрафиолетовой) реакционной способности фоторезисты можно разделить на два типа: положительные и отрицательные. Первый будет разлагаться и исчезать после воздействия света, оставляя рисунок неэкспонированной области, а второй полимеризуется после воздействия света и заставит проявиться рисунок экспонированной части.

Контакт

После того как на пластину нанесена фоторезистивная пленка, можно завершить схемную печать, контролируя световую экспозицию. Этот процесс называется «экспозицией». Мы можем выборочно пропускать свет через оборудование для экспонирования. Когда свет проходит через маску, содержащую рисунок схемы, схему можно напечатать на пластине, покрытой пленкой фоторезиста, расположенной ниже.

В процессе экспонирования, чем тоньше напечатанный рисунок, тем больше компонентов может вместить конечный чип, что помогает повысить эффективность производства и снизить стоимость каждого компонента. В этой области новой технологией, которая в настоящее время привлекает большое внимание, является EUV-литография. Lam Research Group совместно со стратегическими партнерами ASML и imec разработала новую технологию фоторезиста для сухой пленки. Эта технология может значительно повысить производительность и выход процесса экспонирования EUV-литографии за счет улучшения разрешения (ключевого фактора в точной настройке ширины схемы).

Разработка

Шаг после экспонирования заключается в распылении проявителя на пластину. Цель состоит в том, чтобы удалить фоторезист в непокрытой области рисунка, чтобы можно было выявить рисунок печатной схемы. После завершения разработки ее необходимо проверить с помощью различного измерительного оборудования и оптических микроскопов, чтобы убедиться в качестве принципиальной схемы.

Шаг 4: Травление

После завершения фотолитографии принципиальной схемы на пластине используется процесс травления, чтобы удалить лишнюю оксидную пленку и оставить только полупроводниковую принципиальную схему. Для этого используется жидкость, газ или плазма для удаления выбранных лишних частей. Существует два основных метода травления, в зависимости от используемых веществ: мокрое травление с использованием определенного химического раствора для химической реакции по удалению оксидной пленки и сухое травление с использованием газа или плазмы.

Мокрое травление

Мокрое травление с использованием химических растворов для удаления оксидных пленок имеет преимущества низкой стоимости, высокой скорости травления и высокой производительности. Однако мокрое травление изотропно, то есть скорость его одинакова в любом направлении. Это приводит к тому, что маска (или чувствительная пленка) не полностью совмещена с протравленной оксидной пленкой, что затрудняет обработку очень тонких принципиальных схем.

Сухое травление

Сухое травление можно разделить на три типа. Первый — химическое травление, при котором используются травильные газы (в основном фтороводород). Как и мокрое травление, этот метод изотропен, а значит, не пригоден для тонкого травления.

Второй метод — физическое распыление, при котором ионы плазмы воздействуют на избыточный оксидный слой и удаляют его. Как метод анизотропного травления, травление распылением имеет разную скорость травления в горизонтальном и вертикальном направлениях, поэтому его тонкость также лучше, чем у химического травления. Однако недостатком этого метода является низкая скорость травления, поскольку он полностью зависит от физической реакции, вызванной столкновением ионов.

Последний третий метод — реактивное ионное травление (РИЭ). РИЭ объединяет первые два метода, то есть при использовании плазмы для ионизационного физического травления химическое травление осуществляется с помощью свободных радикалов, образующихся после плазменной активации. Помимо скорости травления, превосходящей первые два метода, RIE может использовать анизотропные характеристики ионов для достижения высокоточного травления рисунка.

Сегодня сухое травление широко используется для повышения качества изготовления тонких полупроводниковых схем. Поддержание однородности травления всей пластины и увеличение скорости травления имеют решающее значение, а самое современное на сегодняшний день оборудование для сухого травления поддерживает производство самых совершенных микросхем логики и памяти с более высокой производительностью.

VeTek Semiconductor — профессиональный китайский производительПокрытие из карбида тантала, Покрытие из карбида кремния, Специальный графит, Керамика из карбида кремнияиДругая полупроводниковая керамика. VeTek Semiconductor стремится предоставлять передовые решения для различных продуктов SiC Wafer для полупроводниковой промышленности.

Если вы заинтересованы в вышеуказанных продуктах, пожалуйста, свяжитесь с нами напрямую.  

Моб: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

Электронная почта: anny@veteksemi.com