En fullstendig forklaring av brikkeproduksjonsprosessen (2/2): Fra skive til emballasje og testing

Produksjonen av hvert halvlederprodukt krever hundrevis av prosesser, og hele produksjonsprosessen er delt inn i åtte trinn:Wafer Processing - Oxidation - Photolithography - Etching - Thin Film Deposition - Interconnection - Testing - Emballasje.

---

Trinn 5: Tynnfilmavsetning

For å lage mikroenhetene inne i brikken, må vi kontinuerlig avsette lag med tynne filmer og fjerne overflødig delene ved etsing, 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 milliondel av en meter) som ikke kan produseres ved vanlige mekaniske prosesseringsmetoder. Prosessen med å plassere en film som inneholder de nødvendige molekylære eller atomiske enhetene på en skive er "deponering".

For å danne en halvlags halvlederstruktur, må vi først lage en enhetsstabel, det vil si vekselvis stabler flere lag med tynne metall (ledende) filmer og dielektriske (isolerende) filmer på overflaten av skiven, og fjerne deretter overflødige deler gjennom gjentatte etsningsprosesser for å danne en tre-dimensjonal struktur. Teknikker som kan brukes til avsetningsprosesser inkluderer kjemisk dampavsetning (CVD), atomlagsavsetning (ALD) og fysisk dampavsetning (PVD), og metoder ved bruk av disse teknikkene kan deles inn i tørr og våt avsetning.

Kjemisk dampavsetning (CVD)

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

Atomic Layer Deposition (ALD)

Avsetning av atomlag 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 viss rekkefølge og opprettholde god kontroll. Belegging av skiveoverflaten med en forløper er det første trinnet, og deretter blir forskjellige gasser introdusert for å reagere med forløperen for å danne det ønskede stoffet på skiveoverflaten.

Fysisk dampavsetning (PVD)

Som navnet tilsier, refererer fysisk dampavsetning til dannelsen av tynne filmer på fysiske midler. Sputtering er en fysisk dampavsetningsmetode som bruker argonplasma for å sputle atomer fra et mål og avsette dem på overflaten av en skive 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: Samtrafikk

Konduktiviteten til halvledere er mellom ledere og ikke-ledere (dvs. isolatorer), noe som lar oss kontrollere strømmen av strøm 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 kretsledding på grunn av deres ledningsevne. Metaller som brukes til halvledere må oppfylle følgende forhold:

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

· Termokjemisk stabilitet: Egenskapene til metallmaterialer må forbli uendret under metall -sammenkoblingsprosessen.

· Høy pålitelighet: Når integrert kretsteknologi utvikler seg, må til og med små mengder metall -sammenkoblingsmaterialer ha tilstrekkelig holdbarhet.

· Produksjonskostnader: Selv om de tre første forholdene er oppfylt, er materialkostnadene for høye til å imøtekomme behovene for masseproduksjon.

Samtrafikkprosessen bruker hovedsakelig to materialer, aluminium og kobber.

Aluminiums samtrafikkprosess

Aluminiums sammenkoblingsprosess begynner med avsetning av aluminium, fotoresistpåføring, eksponering og utvikling, etterfulgt av etsing for selektivt å fjerne overflødig aluminium og fotoresist før du går inn i oksidasjonsprosessen. Etter at trinnene ovenfor er fullført, gjentas fotolitografi-, etsnings- og deponeringsprosessene til sammenkoblingen er fullført.

I tillegg til den utmerkede konduktiviteten, er aluminium også enkelt å fotolitografere, etse og avsetning. I tillegg har den en lav pris og god vedheft til oksidfilmen. Ulempene er at det er enkelt å korrodere og har et lite smeltepunkt. I tillegg, for å forhindre at aluminium reagerer med silisium og forårsaker tilkoblingsproblemer, må metallforekomster tilsettes for å skille aluminium fra skiven. Dette innskuddet kalles "barriere metall".

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

Kobber -samtrafikkprosess

Når halvlederprosesser blir mer sofistikerte og enhetsstørrelser krymper, er tilkoblingshastigheten og elektriske egenskaper til aluminiumskretser ikke lenger tilstrekkelige, og nye ledere som oppfyller både størrelse og kostnadskrav er nødvendig. Den første grunnen til at kobber kan erstatte aluminium er at det har lavere motstand, noe som gir raskere tilkoblingshastigheter for enheter. Kobber er også mer pålitelig fordi det er mer motstandsdyktig mot elektromigrasjon, bevegelse av metallioner når strømmen strømmer gjennom et metall enn aluminium.

Kobber danner imidlertid ikke lett forbindelser, noe som gjør det vanskelig å fordampe og fjerne fra overflaten til en skive. For å løse dette problemet, i stedet for å etse kobber, avsetter og ets dielektriske materialer, som danner metalllinjemønstre bestående av skyttergraver og vias der det er nødvendig, og deretter fyller de nevnte "mønstrene" med kobber for å oppnå sammenkobling, en prosess som kalles "damascene".

Når kobberatomer fortsetter å diffundere inn i dielektrikken, reduseres sistnevnte isolasjon og skaper et barrierelag som blokkerer kobberatomene fra ytterligere diffusjon. Et tynt kobberfrølag dannes deretter på barrierelaget. Dette trinnet tillater elektroplatering, som er fylling av høye aspektforholdsmønstre med kobber. Etter fylling kan overflødig kobber fjernes ved metallkjemisk mekanisk polering (CMP). Etter ferdigstillelse kan en oksidfilm avsettes, og overflødig film kan fjernes ved fotolitografi og etseprosesser. Ovennevnte prosess må gjentas til kobberforbindelsen er fullført.

Fra den ovennevnte sammenligningen kan det sees at forskjellen mellom kobberforkobling og aluminiums sammenkobling er at overflødig kobber fjernes med metall -CMP i stedet for etsing.

Trinn 7: Testing

Hovedmålet med testen er å bekrefte om kvaliteten på halvlederbrikken oppfyller en viss standard, for å eliminere mangelfulle produkter og forbedre påliteligheten til brikken. I tillegg vil defekte produkter som er testet ikke gå inn i emballasjetrinnet, noe som hjelper til med å spare kostnader og tid. Electronic die sorting (eds) er en testmetode for skiver.

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

01 Electrical Parameter Monitoring (EPM)

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

02 Wafer aldringstest

Halvlederdefekthastigheten kommer fra to aspekter, nemlig frekvensen av produksjonsdefekter (høyere i det tidlige stadiet) og frekvensen av feil i hele livssyklusen. Wafer aldringstest refererer til å teste skiven under en viss temperatur og AC/DC -spenning for å finne ut produktene som kan ha feil i det tidlige stadiet, det vil si for 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, hastighet og bevegelsestester utføres på skiven for å bekrefte de relevante halvlederfunksjonene. Se tabellen for en beskrivelse av de spesifikke testtrinnene.

04 Reparasjon

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

05 prikk

Brikkene som mislyktes i den elektriske testen, er blitt sortert ut i de foregående trinnene, men de må fortsatt merkes for å skille dem. I det siste trengte vi å markere mangelfulle brikker med spesielt blekk for å sikre at de kunne identifiseres med det blotte øye, men nå sorterer systemet dem automatisk i henhold til testdataverdien.

Trinn 8: Emballasje

Etter de forrige prosessene vil skiven danne firkantede brikker av samme størrelse (også kjent som "enkeltbrikker"). Den neste tingen å gjøre er å skaffe individuelle brikker ved å skjære. De nylig kuttede brikkene er veldig 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 emballasjeprosessen er delt inn i fem trinn, nemlig skivesaging, enkeltflisfeste, sammenkobling, støping og emballasjetesting.

01 Wafer Sawing

For å kutte utallige tettsatte brikker fra skiven, må vi først "slipe" baksiden av skiven til dens tykkelse oppfyller behovene til emballasjeprosessen. Etter sliping kan vi skjære langs skriftlinjen på skiven til halvlederbrikken er atskilt.

Det er tre typer skivesagingsteknologi: skjæring av blad, laserskjæring og plasmakutting. Bladets terning er bruken av et diamantblad for å kutte skiven, som er utsatt for friksjonell varme og rusk og dermed skade skiven. Laser -terning har høyere presisjon og kan lett håndtere skiver med tynn tykkelse eller liten skribentlinjeavstand. Plasmastiking bruker prinsippet om plasma -etsing, så denne teknologien er også aktuelt selv om skriftlinjeavstanden er veldig liten.

02 Single wafer vedlegg

Etter at alle brikker er atskilt fra skiven, må vi feste de enkelte brikkene (enkeltskiver) til underlaget (blyramme). Substratets funksjon er å beskytte halvlederflisene og gjøre dem i stand til å utveksle elektriske signaler med eksterne kretsløp. Limer for flytende eller fast tape kan brukes til å feste flisene.

03 Samtrafikk

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: ledningsbinding ved hjelp av tynne metallledninger og flip chip -binding ved bruk av sfæriske gullblokker eller tinnblokker. Ledningsbinding er en tradisjonell metode, og flip chip -bindingsteknologi kan fremskynde halvlederproduksjon.

04 støping

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

05 Emballasjetest

Brikkene som allerede har hatt sin endelige form, må også bestå den endelige feiltesten. Alle de ferdige halvlederbrikkene som kommer inn i den endelige testen er ferdige halvlederbrikker. De vil bli plassert i testutstyret og sette forskjellige forhold som spenning, temperatur og fuktighet for elektriske, funksjonelle og hastighetstester. Resultatene fra disse testene kan brukes til å finne feil og forbedre produktkvaliteten og produksjonseffektiviteten.

Evolusjon av emballasjeteknologi

Når brikkestørrelsen avtar og ytelseskravene øker, har emballasjen gjennomgått mange teknologiske nyvinninger de siste årene. Noen fremtidsorienterte emballasjeteknologier og løsninger inkluderer bruk av avsetning for tradisjonelle back-end prosesser som wafer-nivå-emballasje (WLP), støtprosesser og omfordelingslag (RDL) teknologi, samt etsing og rengjøringsteknologier for front-end Wafer-produksjon.

Hva er avansert emballasje?

Tradisjonell emballasje krever at hver brikke kuttes ut av skiven og plasseres i en form. Wafer-nivå emballasje (WLP) er en type avansert emballasjeteknologi, som refererer til direkte å pakke brikken fremdeles på skiven. Prosessen med WLP er å pakke og teste først, og deretter skille alle de dannede brikkene fra skiven 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 emballasjeprosessen å sende signalet fra halvlederbrikken til utsiden, og støtene som dannes på skiven er kontaktpunktene for å sende inngangs-/utgangssignaler. Disse humpene er delt inn i fan-in og fan-out. Den tidligere vifteformede er inne i brikken, og den sistnevnte vifteformet er utenfor chip-serien. Vi kaller inngangs-/utgangssignalet I/O (inngang/utgang), og antall inngang/utgang kalles I/O -telling. I/O Count er et viktig grunnlag for å bestemme emballasjemetoden. Hvis I/O-tellingen er lav, brukes vifteinnlegg. Siden brikkestørrelsen ikke endres mye etter emballasje, kalles denne prosessen også chip-scale-emballasje (CSP) eller skivenivå chip-scale-emballasje (WLCSP). Hvis I/O-tellingen er høyt, brukes fan-out-emballasje vanligvis, og omfordelingslag (RDLS) er påkrevd i tillegg til ujevnheter for å muliggjøre signalruting. Dette er "Fan-Out Wafer-Level Packaging (FOWLP)."

2.5D -emballasje

2.5D -emballasjeteknologi kan legge to eller flere typer brikker i en enkelt pakke, samtidig som signalene kan bli dirigert sideveis, noe som kan øke størrelsen og ytelsen til pakken. Den mest brukte 2,5D -emballasjemetoden er å sette minne- og logiske brikker i en enkelt pakke gjennom en silisium -interposer. 2.5D-emballasje krever kjerneteknologier som gjennom-Silicon VIAS (TSVS), mikrohud og finpitch RDL-er.

3D -emballasje

3D -emballasjeteknologi kan legge to eller flere typer chips i en enkelt pakke, samtidig som signalene kan dirigeres vertikalt. Denne teknologien er egnet for mindre og høyere I/O -teller halvlederbrikker. TSV kan brukes til chips med høye I/O -tellinger, og ledningsbinding kan brukes til chips med lave I/O -tellinger, og til slutt danne et signalsystem der brikkene er ordnet vertikalt. Kjerneteknologiene som kreves for 3D-emballasje inkluderer TSV og mikrobump-teknologi.

Så langt har de åtte trinnene med produksjon av halvlederprodukter "Wafer Processing - Oxidation - Photolithography - Etching - Thin Film Deposition - Interconnection - Testing - Packaging" blitt introdusert fullt ut. Fra "sand" til "chips" utfører halvlederteknologi en ekte versjon av "Turing Stones til gull".

---

Vetek Semiconductor er en profesjonell kinesisk produsent avTantal karbidbelegg, Silisiumkarbidbelegg, Spesiell grafitt, Silisiumkarbid keramikkogAnnen halvleder keramikk. Vetek Semiconductor er opptatt av å tilby avanserte løsninger for forskjellige SIC -wafer -produkter for halvlederindustrien.

Hvis du er interessert i ovennevnte produkter, kan du gjerne kontakte oss direkte.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -post: anny@veteksemi.com