Een volledige uitleg van het chipproductieproces (1/2): van wafel tot verpakking en testen

De productie van elk halfgeleiderproduct vereist honderden processen en het gehele productieproces is verdeeld in acht stappen:Wafer -verwerking - oxidatie - fotolithografie - etsen - dunne filmafzetting - verbinding - testen - verpakking.

Stap 1:Wafer -verwerking

Alle halfgeleiderprocessen beginnen met een zandkorrel! Omdat het silicium in het zand de grondstof is die nodig is om wafels te produceren. Wafels zijn ronde plakjes gesneden uit enkele kristalcilinders gemaakt van silicium (SI) of galliumarsenide (GaAs). Om siliciummaterialen met hoge zuiverheid te extraheren, is silica-zand, een speciaal materiaal met een siliciumdioxidegehalte van maximaal 95%, nodig, wat ook de belangrijkste grondstof is voor het maken van wafels. Wafelverwerking is het proces van het maken van de bovenstaande wafels.

Ingot Casting

Eerst moet het zand worden verwarmd om het koolmonoxide en het silicium erin te scheiden, en het proces wordt herhaald totdat ultrahoge zuiverheid elektronische kwaliteit silicium (EG-SI) is verkregen. Silicium met veel zuiverheid smelt in vloeistof en stolt vervolgens in een enkele kristal vaste vorm, een "ingot" genoemd, de eerste stap in de productie van halfgeleiders.

De productieprecisie van silicium -ingots (siliciumpijlers) is zeer hoog en bereikt het nanometerniveau, en de veelgebruikte productiemethode is de czochralski -methode.

Ingot snijden

Nadat de vorige stap is voltooid, is het noodzakelijk om de twee uiteinden van de ingot met een diamantzaag af te snijden en deze vervolgens in dunne plakjes van een bepaalde dikte te snijden. De diameter van het ingot -plak bepaalt de grootte van de wafel. Grotere en dunnere wafels kunnen worden onderverdeeld in meer bruikbare eenheden, wat helpt om de productiekosten te verlagen. Na het snijden van het silicium -ingot is het noodzakelijk om "vlakke oppervlakte" of "deuk" op de plakjes toe te voegen om het instellen van de verwerkingsrichting als standaard in volgende stappen te vergemakkelijken.

Wafeloppervlak polijsten

De plakjes verkregen door het bovenstaande snijproces worden "kale wafels" genoemd, dat wil zeggen, onbewerkte "ruwe wafels". Het oppervlak van de kale wafer is ongelijk en het circuitpatroon kan er niet direct op worden afgedrukt. Daarom is het noodzakelijk om eerst oppervlaktedefecten te verwijderen door middel van slijp- en chemische etsenprocessen, vervolgens polijsten om een ​​glad oppervlak te vormen en vervolgens resterende verontreinigingen te verwijderen door het reinigen om een ​​afgewerkte wafer met een schoon oppervlak te verkrijgen.

Stap 2: Oxidatie

De rol van het oxidatieproces is om een ​​beschermende film te vormen op het oppervlak van de wafel. Het beschermt de wafel tegen chemische onzuiverheden, voorkomt dat de lekstroom het circuit binnenkomt, voorkomt diffusie tijdens ionenimplantatie en voorkomt dat de wafer tijdens het etsen wegglijdt.

De eerste stap van het oxidatieproces is om onzuiverheden en verontreinigingen te verwijderen. Het vereist vier stappen om organisch materiaal, metaalonzuiverheden te verwijderen en resterende water te verdampen. Na het reinigen kan de wafer worden geplaatst in een omgeving met een hoge temperatuur van 800 tot 1200 graden Celsius, en een siliciumdioxide (d.w.z. "oxide") laag wordt gevormd door de stroom van zuurstof of stoom op het oppervlak van de wafel. Zuurstof diffundeert door de oxidelaag en reageert met silicium om een ​​oxidelaag van variërende dikte te vormen, en de dikte ervan kan worden gemeten nadat oxidatie is voltooid.

Droge oxidatie en natte oxidatie Afhankelijk van de verschillende oxidanten in de oxidatiereactie, kan het thermische oxidatieproces worden verdeeld in droge oxidatie en natte oxidatie. De eerste gebruikt zuivere zuurstof om een ​​siliciumdioxidelaag te produceren, die traag is maar de oxidelaag is dun en dicht. De laatste vereist zowel zuurstof als een zeer oplosbare waterdamp, die wordt gekenmerkt door een snelle groeisnelheid maar een relatief dikke beschermende laag met een lage dichtheid.

Naast het oxidatiemiddel zijn er andere variabelen die de dikte van de siliciumdioxidelaag beïnvloeden. Ten eerste zullen de waferstructuur, de oppervlaktefouten en de interne dopingconcentratie de snelheid van het genereren van oxide -laag beïnvloeden. Bovendien, hoe hoger de druk en temperatuur gegenereerd door de oxidatieapparatuur, hoe sneller de oxidelaag wordt gegenereerd. Tijdens het oxidatieproces is het ook noodzakelijk om een ​​dummy -vel te gebruiken volgens de positie van de wafel in de eenheid om de wafel te beschermen en het verschil in oxidatiegraad te verminderen.

Stap 3: Fotolithografie

Fotolithografie is het "afdrukken" van het circuitpatroon op de wafer door licht. We kunnen het begrijpen als het tekenen van de vliegtuigkaart die nodig is voor de productie van halfgeleiders op het oppervlak van de wafel. Hoe hoger de fijnheid van het circuitpatroon, hoe hoger de integratie van de voltooide chip, die moet worden bereikt door geavanceerde fotolithografietechnologie. In het bijzonder kan fotolithografie worden onderverdeeld in drie stappen: coatingfotoresist, blootstelling en ontwikkeling.

Coating

De eerste stap van het tekenen van een circuit op een wafel is om de fotoresist op de oxidelaag te coaten. Fotoresist maakt de wafel een "fotopapier" door zijn chemische eigenschappen te wijzigen. Hoe dunner de fotoresistische laag op het oppervlak van de wafer, hoe uniformer de coating en hoe fijner het patroon dat kan worden afgedrukt. Deze stap kan worden gedaan door de methode "spin coating". Volgens het verschil in lichte (ultraviolet) reactiviteit kunnen fotoresisten worden onderverdeeld in twee soorten: positief en negatief. De eerste zal ontbinden en verdwijnen na blootstelling aan licht, waardoor het patroon van het niet -blootgestelde gebied achterblijft, terwijl deze laatste zal polymeriseren na blootstelling aan licht en het patroon van het blootgestelde onderdeel laten verschijnen.

Blootstelling

Nadat de fotoresistische film op de wafer is bedekt, kan het circuitafdrukken worden voltooid door de blootstelling aan het licht te regelen. Dit proces wordt "belichting" genoemd. We kunnen selectief licht door de belichtingsapparatuur geven. Wanneer het licht door het masker met het circuitpatroon gaat, kan het circuit worden afgedrukt op de wafel gecoat met de fotoresistische film hieronder.

Tijdens het blootstellingsproces, hoe fijner het gedrukte patroon, hoe meer componenten de uiteindelijke chip kan herbergen, wat helpt om de productie -efficiëntie te verbeteren en de kosten van elke component te verlagen. Op dit gebied is de nieuwe technologie die momenteel veel aandacht trekt EUV -lithografie. Lam Research Group heeft gezamenlijk een nieuwe droge filmfotoresistische technologie ontwikkeld met strategische partners ASML en IMEC. Deze technologie kan de productiviteit en opbrengst van het blootstellingsproces van de EUV-lithografie aanzienlijk verbeteren door de resolutie te verbeteren (een sleutelfactor bij het afsluiten van circuitbreedte).

Ontwikkeling

De stap na blootstelling is om de ontwikkelaar op de wafer te spuiten, het doel is om de fotoresist in het onbedekte gebied van het patroon te verwijderen, zodat het gedrukte circuitpatroon kan worden onthuld. Nadat de ontwikkeling is voltooid, moet deze worden gecontroleerd door verschillende meetapparatuur en optische microscopen om de kwaliteit van het schakelschema te waarborgen.

Stap 4: Etsen

Nadat de fotolithografie van het circuitdiagram op de wafer is voltooid, wordt een etsproces gebruikt om overtollige oxidefilm te verwijderen en alleen het semiconductorcircuitdiagram te laten. Om dit te doen, wordt vloeistof, gas of plasma gebruikt om de geselecteerde overtollige onderdelen te verwijderen. Er zijn twee hoofdmethoden voor het etsen, afhankelijk van de gebruikte stoffen: natte etsen met behulp van een specifieke chemische oplossing om chemisch te reageren om de oxidefilm te verwijderen en droge etsen met behulp van gas of plasma.

Natte etsen

Nat etsen met chemische oplossingen om oxidefilms te verwijderen, heeft de voordelen van lage kosten, snelle etssnelheid en hoge productiviteit. Nat etsen is echter isotropisch, dat wil zeggen dat de snelheid in elke richting hetzelfde is. Dit zorgt ervoor dat het masker (of gevoelige film) niet volledig wordt uitgelijnd met de geëtste oxidefilm, dus het is moeilijk om zeer fijne circuitdiagrammen te verwerken.

Droog etsen

Droog etsen kan worden onderverdeeld in drie verschillende typen. De eerste is chemisch etsen, dat etsengassen (voornamelijk waterstoffluoride) gebruikt. Net als natte etsen is deze methode isotropisch, wat betekent dat het niet geschikt is voor fijne etsen.

De tweede methode is fysiek sputteren, dat ionen in het plasma gebruikt om de overtollige oxidelaag te beïnvloeden en te verwijderen. Als een anisotrope etsmethode heeft sputterend ets verschillende etsentarieven in de horizontale en verticale richtingen, dus de fijnheid is ook beter dan chemisch etsen. Het nadeel van deze methode is echter dat de etssnelheid traag is omdat deze volledig afhankelijk is van de fysieke reactie veroorzaakt door ionenbotsing.

De laatste derde methode is reactief ionenetsen (RIE). Rie combineert de eerste twee methoden, dat wil zeggen, terwijl het gebruik van plasma voor ionisatie fysische etsen, chemische etsen wordt uitgevoerd met behulp van vrije radicalen gegenereerd na plasma -activering. Naast de etssnelheid die de eerste twee methoden overschrijdt, kan RIE de anisotrope kenmerken van ionen gebruiken om etsen met een zeer nauwkeurige patroon te bereiken.

Tegenwoordig is droge ets veel gebruikt om de opbrengst van fijne halfgeleidercircuits te verbeteren. Het handhaven van de etsuniformiteit van de volledige wacer en het verhogen van de etssnelheid zijn van cruciaal belang, en de meest geavanceerde droge etsenapparatuur van vandaag ondersteunt de productie van de meest geavanceerde logica en geheugenchips met hogere prestaties.

Vetek Semiconductor is een professionele Chinese fabrikant vanTantalum carbide coating, Siliciumcarbide coating, Speciale grafiet, Siliconen carbide -keramiekEnAndere halfgeleider keramiek. Vetek Semiconductor streeft ernaar geavanceerde oplossingen te bieden voor verschillende SIC -waferproducten voor de halfgeleiderindustrie.

Als u geïnteresseerd bent in de bovenstaande producten, neem dan gerust contact met ons op.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -mail: anny@veteksemi.com