Uma explicação completa do processo de fabricação de chips (1/2): da bolacha à embalagem e teste

A fabricação de cada produto semicondutor requer centenas de processos, e todo o processo de fabricação é dividido em oito etapas:Processamento de wafer - oxidação - fotolitografia - gravura - Deposição de filme fino - interconexão - teste - embalagem.

Etapa 1:Processamento de wafer

Todos os processos de semicondutores começam com um grão de areia! Porque o silício contido na areia é a matéria -prima necessária para produzir bolachas. As bolachas são fatias redondas cortadas de cilindros de cristal único, feitos de silício (SI) ou arseneto de gálio (GAAs). Para extrair materiais de silício de alta pureza, é necessária uma areia de sílica, um material especial com um teor de dióxido de silício de até 95%, que também é a principal matéria-prima para fazer bolachas. O processamento de wafer é o processo de fazer as bolachas acima.

Elenco de lingote

Primeiro, a areia precisa ser aquecida para separar o monóxido de carbono e o silício nela, e o processo é repetido até que seja obtida a ultra alta pureza de silício de grau eletrônico (por exemplo, Si). O silício de alta pureza derrete em líquido e depois solidifica em uma forma sólida de cristal, chamada "lingote", que é a primeira etapa na fabricação de semicondutores.

A precisão de fabricação de lingotes de silício (pilares de silício) é muito alta, atingindo o nível do nanômetro, e o método de fabricação amplamente utilizado é o método Czochralski.

Corte de lingote

Depois que a etapa anterior é concluída, é necessário cortar as duas extremidades do lingote com uma serra de diamante e depois cortá -la em fatias finas de uma certa espessura. O diâmetro da fatia de lingote determina o tamanho da bolacha. As bolachas maiores e mais finas podem ser divididas em unidades mais utilizáveis, o que ajuda a reduzir os custos de produção. Depois de cortar o lingote do silício, é necessário adicionar marcas de "área plana" ou "dente" nas fatias para facilitar a definição da direção do processamento como um padrão nas etapas subsequentes.

Polimento de superfície de bolas

As fatias obtidas através do processo de corte acima são chamadas de "bolachas nuas", isto é, não processado "bolachas cru". A superfície da bolacha nu é irregular e o padrão de circuito não pode ser impresso diretamente nela. Portanto, é necessário primeiro remover os defeitos da superfície através dos processos de moagem e gravação química, depois polir para formar uma superfície lisa e, em seguida, remover contaminantes residuais através da limpeza para obter uma bolacha acabada com uma superfície limpa.

Etapa 2: oxidação

O papel do processo de oxidação é formar um filme de proteção na superfície da bolacha. Ele protege a bolacha das impurezas químicas, impede a entrada de corrente de vazamento no circuito, impede a difusão durante a implantação de íons e a bolacha de bolas de escala durante a gravação.

A primeira etapa do processo de oxidação é remover impurezas e contaminantes. Requer quatro etapas para remover matéria orgânica, impurezas de metal e evaporar água residual. Após a limpeza, a bolacha pode ser colocada em um ambiente de alta temperatura de 800 a 1200 graus Celsius, e uma camada de dióxido de silício (isto é, "óxido") é formada pelo fluxo de oxigênio ou vapor na superfície do wafer. O oxigênio se difunde através da camada de óxido e reage com o silício para formar uma camada de óxido de espessura variável, e sua espessura pode ser medida após a conclusão da oxidação.

Oxidação a seco e oxidação úmida, dependendo dos diferentes oxidantes na reação de oxidação, o processo de oxidação térmica pode ser dividido em oxidação seca e oxidação úmida. O primeiro usa oxigênio puro para produzir uma camada de dióxido de silício, que é lenta, mas a camada de óxido é fina e densa. Este último requer oxigênio e vapor de água altamente solúvel, que é caracterizado por uma taxa de crescimento rápida, mas uma camada protetora relativamente espessa com baixa densidade.

Além do oxidante, existem outras variáveis ​​que afetam a espessura da camada de dióxido de silício. Primeiro, a estrutura da wafer, seus defeitos superficiais e a concentração interna de doping afetarão a taxa de geração da camada de óxido. Além disso, quanto maior a pressão e a temperatura geradas pelo equipamento de oxidação, mais rápida será gerada a camada de óxido. Durante o processo de oxidação, também é necessário usar uma folha fictícia de acordo com a posição da wafer na unidade para proteger a bolacha e reduzir a diferença no grau de oxidação.

Etapa 3: Fotolitografia

A fotolitografia é "imprimir" o padrão de circuito na bolacha através da luz. Podemos entendê -lo como desenhando o mapa de planos necessário para a fabricação de semicondutores na superfície da bolacha. Quanto maior a finura do padrão de circuito, maior a integração do chip acabado, que deve ser alcançado através da tecnologia avançada de fotolitografia. Especificamente, a fotolitografia pode ser dividida em três etapas: fotorresiste de revestimento, exposição e desenvolvimento.

Revestimento

O primeiro passo de desenhar um circuito em uma bolacha é revestir o fotorresistente na camada de óxido. O fotorresistente faz da bolacha um "papel fotográfico" alterando suas propriedades químicas. Quanto mais fino a camada fotorresistente na superfície da bolacha, mais uniforme é o revestimento e o mais fino o padrão que pode ser impresso. Esta etapa pode ser feita pelo método "Spin Coating". De acordo com a diferença na reatividade da luz (ultravioleta), os fotorresistas podem ser divididos em dois tipos: positivo e negativo. O primeiro se decomporá e desaparecerá após a exposição à luz, deixando o padrão da área não exposta, enquanto o último polimerizará após a exposição à luz e fará o padrão da parte exposta aparecer.

Exposição

Depois que o filme fotorresistente é coberto na bolacha, a impressão do circuito pode ser concluída controlando a exposição à luz. Esse processo é chamado de "exposição". Podemos passar a luz seletivamente através do equipamento de exposição. Quando a luz passa através da máscara que contém o padrão do circuito, o circuito pode ser impresso na wafer revestida com o filme fotorresistente abaixo.

Durante o processo de exposição, quanto mais fino o padrão impresso, mais componentes o chip final pode acomodar, o que ajuda a melhorar a eficiência da produção e reduzir o custo de cada componente. Nesse campo, a nova tecnologia que atualmente está atraindo muita atenção é a litografia EUV. O LAM Research Group desenvolveu em conjunto uma nova tecnologia fotorresistente de filme seco com parceiros estratégicos ASML e IMEC. Essa tecnologia pode melhorar bastante a produtividade e o rendimento do processo de exposição à litografia EUV, melhorando a resolução (um fator-chave na largura do circuito de ajuste fina).

Desenvolvimento

A etapa após a exposição é pulverizar o desenvolvedor na bolacha, o objetivo é remover o fotorresistente na área descoberta do padrão, para que o padrão de circuito impresso possa ser revelado. Após a conclusão do desenvolvimento, ele precisa ser verificado por vários equipamentos de medição e microscópios ópticos para garantir a qualidade do diagrama do circuito.

Etapa 4: Gravura

Depois que a fotolitografia do diagrama do circuito é concluída na bolacha, um processo de gravação é usado para remover qualquer filme de óxido em excesso e deixar apenas o diagrama de circuito semicondutor. Para fazer isso, líquido, gás ou plasma é usado para remover as peças excedentes selecionadas. Existem dois métodos principais de gravação, dependendo das substâncias utilizadas: gravura úmida usando uma solução química específica para reagir quimicamente para remover o filme de óxido e a gravação a seco usando gás ou plasma.

Gravação úmida

A gravação úmida usando soluções químicas para remover filmes de óxido tem as vantagens de velocidade de gravação de baixo custo e alta produtividade. No entanto, a gravação úmida é isotrópica, ou seja, sua velocidade é a mesma em qualquer direção. Isso faz com que a máscara (ou filme sensível) não esteja completamente alinhado com o filme de óxido gravado, por isso é difícil processar diagramas de circuito muito finos.

Gravação a seco

A gravação a seco pode ser dividida em três tipos diferentes. O primeiro é a gravação química, que usa gases de gravação (principalmente fluoreto de hidrogênio). Como a gravação úmida, esse método é isotrópico, o que significa que não é adequado para a gravação fina.

O segundo método é a pulverização física, que usa íons no plasma para impactar e remover a camada de óxido em excesso. Como um método de gravura anisotrópica, a gravura da pulverização possui diferentes taxas de gravação nas direções horizontal e vertical, de modo que sua finura também é melhor que a gravação química. No entanto, a desvantagem desse método é que a velocidade de gravação é lenta porque se baseia inteiramente na reação física causada pela colisão de íons.

O último terceiro método é a gravura de íons reativos (RIE). Rie combina os dois primeiros métodos, ou seja, enquanto usa o plasma para gravação física de ionização, a gravação química é realizada com a ajuda de radicais livres gerados após a ativação do plasma. Além da velocidade de gravação superior aos dois primeiros métodos, o RIE pode usar as características anisotrópicas dos íons para obter gravação de alto padrão de alta precisão.

Hoje, a gravação a seco tem sido amplamente utilizada para melhorar o rendimento de circuitos finos de semicondutores. A manutenção da uniformidade de gravação completa e o aumento da velocidade de gravação é crítica, e o equipamento de gravação seco mais avançado de hoje está apoiando a produção dos chips de lógica e memória mais avançados com maior desempenho.

Vetek semicondutor é um fabricante profissional chinês deTantalum Carboking Revestimento, Revestimento de carboneto de silício, Grafite especial, Cerâmica de carboneto de silícioeOutras cerâmicas semicondutores. O vetek semicondutor está comprometido em fornecer soluções avançadas para vários produtos de wafer da SIC para a indústria de semicondutores.

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