คำอธิบายที่สมบูรณ์ของกระบวนการผลิตชิป (1/2): จากเวเฟอร์ไปจนถึงบรรจุภัณฑ์และการทดสอบ

การผลิตผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์แต่ละรายการต้องใช้กระบวนการหลายร้อยกระบวนการและกระบวนการผลิตทั้งหมดแบ่งออกเป็นแปดขั้นตอน:การประมวลผลเวเฟอร์ - ออกซิเดชัน - การถ่ายภาพด้วยแสง - การแกะสลัก - การสะสมฟิล์มบาง ๆ - การเชื่อมต่อโครงข่าย - การทดสอบ - การบรรจุหีบห่อ.

ขั้นตอนที่ 1:การประมวลผลเวเฟอร์

กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดเริ่มต้นด้วยเม็ดทราย! เนื่องจากซิลิคอนที่มีอยู่ในทรายเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นในการผลิตเวเฟอร์ เวเฟอร์เป็นชิ้นกลมตัดจากกระบอกสูบคริสตัลเดี่ยวที่ทำจากซิลิคอน (SI) หรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GAAs) ในการสกัดวัสดุซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงทรายซิลิกาวัสดุพิเศษที่มีปริมาณซิลิกอนไดออกไซด์สูงถึง 95%เป็นสิ่งจำเป็นซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการทำเวเฟอร์ การประมวลผลเวเฟอร์เป็นกระบวนการของการทำเวเฟอร์ข้างต้น

การคัดเลือกนักแสดง

ครั้งแรกทรายจะต้องได้รับความร้อนเพื่อแยกคาร์บอนมอนอกไซด์และซิลิกอนออกไปและกระบวนการจะถูกทำซ้ำจนกว่าจะได้รับซิลิกอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงจะละลายเป็นของเหลวแล้วแข็งตัวให้เป็นรูปของแข็งคริสตัลเดี่ยวเรียกว่า "ingot" ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

ความแม่นยำในการผลิตของซิลิคอนแท่ง (เสาซิลิคอน) สูงมากถึงระดับนาโนเมตรและวิธีการผลิตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือวิธี Czochralski

การตัดแบบแท่ง

หลังจากขั้นตอนก่อนหน้านี้เสร็จสมบูรณ์จำเป็นต้องตัดปลายทั้งสองของแท่งด้วยเลื่อยเพชรแล้วตัดเป็นชิ้นบาง ๆ ที่มีความหนาบางอย่าง เส้นผ่านศูนย์กลางของชิ้น Ingot กำหนดขนาดของเวเฟอร์ เวเฟอร์ขนาดใหญ่และบางสามารถแบ่งออกเป็นหน่วยที่ใช้งานได้มากขึ้นซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิต หลังจากตัดซิลิคอนซิลิคอนจำเป็นต้องเพิ่มเครื่องหมาย "พื้นที่แบน" หรือ "บุ๋ม" บนชิ้นเพื่ออำนวยความสะดวกในการตั้งค่าทิศทางการประมวลผลเป็นมาตรฐานในขั้นตอนต่อไป

การขัดผิวเวเฟอร์

ชิ้นที่ได้จากกระบวนการตัดข้างต้นเรียกว่า "เวเฟอร์เปลือย" นั่นคือ "เวเฟอร์ดิบ" ที่ยังไม่ผ่านกระบวนการ พื้นผิวของเวเฟอร์เปลือยนั้นไม่สม่ำเสมอและไม่สามารถพิมพ์รูปแบบวงจรได้โดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องกำจัดข้อบกพร่องของพื้นผิวก่อนผ่านกระบวนการบดและการแกะสลักทางเคมีจากนั้นขัดผิวเพื่อสร้างพื้นผิวที่ราบรื่นแล้วกำจัดสารปนเปื้อนที่เหลือผ่านการทำความสะอาดเพื่อให้ได้เวเฟอร์ที่เสร็จแล้วด้วยพื้นผิวที่สะอาด

ขั้นตอนที่ 2: ออกซิเดชัน

บทบาทของกระบวนการออกซิเดชั่นคือการสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวของเวเฟอร์ ช่วยปกป้องเวเฟอร์จากสิ่งสกปรกทางเคมีป้องกันไม่ให้กระแสรั่วไหลเข้ามาในวงจรป้องกันการแพร่กระจายระหว่างการฝังไอออนและป้องกันไม่ให้เวเฟอร์จากการลื่นในระหว่างการแกะสลัก

ขั้นตอนแรกของกระบวนการออกซิเดชั่นคือการกำจัดสิ่งสกปรกและสารปนเปื้อน ต้องใช้สี่ขั้นตอนในการกำจัดสารอินทรีย์สิ่งสกปรกของโลหะและระเหยน้ำที่เหลือ หลังจากทำความสะอาดเวเฟอร์สามารถวางในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงที่ 800 ถึง 1200 องศาเซลเซียสและชั้นซิลิกอนไดออกไซด์ (เช่น "ออกไซด์") ชั้นเกิดจากการไหลของออกซิเจนหรือไอน้ำบนพื้นผิวเวเฟอร์ ออกซิเจนกระจายผ่านชั้นออกไซด์และทำปฏิกิริยากับซิลิกอนเพื่อสร้างชั้นออกไซด์ที่มีความหนาแตกต่างกันและความหนาของมันสามารถวัดได้หลังจากออกซิเดชันเสร็จสิ้น

ออกซิเดชันแห้งและออกซิเดชั่นเปียกขึ้นอยู่กับสารออกซิเดชั่นที่แตกต่างกันในปฏิกิริยาออกซิเดชันกระบวนการออกซิเดชั่นความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นออกซิเดชันแห้งและออกซิเดชันเปียก อดีตใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์เพื่อผลิตชั้นซิลิกอนไดออกไซด์ซึ่งช้า แต่ชั้นออกไซด์นั้นบางและหนาแน่น หลังต้องการทั้งไอออกซิเจนและไอน้ำที่ละลายได้สูงซึ่งมีอัตราการเติบโตที่รวดเร็ว แต่ชั้นป้องกันค่อนข้างหนาที่มีความหนาแน่นต่ำ

นอกเหนือจากสารออกซิแดนท์แล้วยังมีตัวแปรอื่น ๆ ที่มีผลต่อความหนาของชั้นซิลิกอนไดออกไซด์ ขั้นแรกโครงสร้างเวเฟอร์ข้อบกพร่องของพื้นผิวและความเข้มข้นของยาสลบภายในจะส่งผลต่ออัตราการสร้างชั้นออกไซด์ นอกจากนี้ยิ่งความดันและอุณหภูมิที่เกิดขึ้นจากอุปกรณ์ออกซิเดชั่นที่สูงขึ้นเท่าไหร่ก็จะยิ่งเกิดชั้นออกไซด์เร็วขึ้นเท่านั้น ในระหว่างกระบวนการออกซิเดชั่นจำเป็นต้องใช้แผ่นหุ่นจำลองตามตำแหน่งของเวเฟอร์ในหน่วยเพื่อปกป้องเวเฟอร์และลดความแตกต่างในระดับออกซิเดชัน

ขั้นตอนที่ 3: Photolithography

Photolithography คือการ "พิมพ์" รูปแบบวงจรลงบนเวเฟอร์ผ่านแสง เราสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการวาดแผนที่เครื่องบินที่จำเป็นสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์บนพื้นผิวของเวเฟอร์ ยิ่งความละเอียดสูงของรูปแบบวงจรยิ่งสูงขึ้นการรวมกันของชิปสำเร็จรูปซึ่งจะต้องประสบความสำเร็จผ่านเทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยแสงขั้นสูง โดยเฉพาะการถ่ายภาพสามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: การเคลือบ photoresist, การเปิดรับและการพัฒนา

การเคลือบ

ขั้นตอนแรกของการวาดวงจรบนเวเฟอร์คือการเคลือบผู้ชมด้วยแสงบนชั้นออกไซด์ Photoresist ทำให้เวเฟอร์เป็น "กระดาษภาพถ่าย" โดยการเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมี ยิ่งทำให้ชั้นของแสงบนพื้นผิวของเวเฟอร์ทินเนอร์การเคลือบที่สม่ำเสมอและรูปแบบที่สามารถพิมพ์ได้ดีขึ้น ขั้นตอนนี้สามารถทำได้โดยวิธี "การเคลือบสปิน" จากความแตกต่างของการเกิดปฏิกิริยาแสง (อัลตราไวโอเลต) โฟโต้สทิสต์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: บวกและลบ อดีตจะสลายตัวและหายไปหลังจากได้รับแสงออกจากรูปแบบของพื้นที่ที่ยังไม่ได้เปิดในขณะที่หลังจะโพลีเมอร์หลังจากสัมผัสกับแสงและทำให้รูปแบบของชิ้นส่วนที่สัมผัสปรากฏขึ้น

การรับสัมผัสเชื้อ

หลังจากที่ฟิล์ม photoresist ถูกปกคลุมบนเวเฟอร์การพิมพ์วงจรสามารถทำให้เสร็จได้โดยการควบคุมการเปิดรับแสง กระบวนการนี้เรียกว่า "การเปิดรับแสง" เราสามารถเลือกผ่านแสงผ่านอุปกรณ์เปิดรับแสง เมื่อแสงผ่านหน้ากากที่มีรูปแบบวงจรวงจรสามารถพิมพ์ลงบนแผ่นเวเฟอร์ที่เคลือบด้วยฟิล์ม photoresist ด้านล่าง

ในระหว่างกระบวนการเปิดรับแสงที่ดีขึ้นรูปแบบที่พิมพ์ออกมาส่วนประกอบที่ชิปสุดท้ายสามารถรองรับได้มากขึ้นซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุนของแต่ละองค์ประกอบ ในสาขานี้เทคโนโลยีใหม่ที่ดึงดูดความสนใจมากในปัจจุบันคือการพิมพ์หิน EUV LAM Research Group ได้ร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยี Photoresist ฟิล์มแห้งใหม่กับพันธมิตรเชิงกลยุทธ์ ASML และ IMEC เทคโนโลยีนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและผลผลิตของกระบวนการเปิดรับแสง EUV ได้อย่างมากโดยการปรับปรุงความละเอียด (ปัจจัยสำคัญในความกว้างของวงจรการปรับแต่ง)

การพัฒนา

ขั้นตอนหลังจากการเปิดรับแสงคือการฉีดพ่นนักพัฒนาบนเวเฟอร์จุดประสงค์คือการลบ photoresist ในพื้นที่ที่เปิดโปงของรูปแบบเพื่อให้รูปแบบวงจรพิมพ์สามารถเปิดเผยได้ หลังจากการพัฒนาเสร็จสมบูรณ์จะต้องมีการตรวจสอบโดยอุปกรณ์วัดและกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลเพื่อให้แน่ใจว่าคุณภาพของแผนภาพวงจร

ขั้นตอนที่ 4: การแกะสลัก

หลังจากการถ่ายภาพของไดอะแกรมวงจรเสร็จสมบูรณ์บนเวเฟอร์กระบวนการแกะสลักจะใช้เพื่อลบฟิล์มออกไซด์ส่วนเกินออกและปล่อยให้เฉพาะไดอะแกรมวงจรเซมิคอนดักเตอร์ ในการทำเช่นนี้ของเหลวก๊าซหรือพลาสมาใช้เพื่อลบชิ้นส่วนส่วนเกินที่เลือก มีสองวิธีหลักในการแกะสลักขึ้นอยู่กับสารที่ใช้: การแกะสลักแบบเปียกโดยใช้สารละลายทางเคมีที่เฉพาะเจาะจงเพื่อตอบสนองทางเคมีเพื่อกำจัดฟิล์มออกไซด์และการแกะสลักแบบแห้งโดยใช้ก๊าซหรือพลาสมา

การแกะสลักเปียก

การแกะสลักแบบเปียกโดยใช้สารละลายเคมีเพื่อลบฟิล์มออกไซด์มีข้อดีของต้นทุนต่ำความเร็วการแกะสลักเร็วและผลผลิตสูง อย่างไรก็ตามการแกะสลักแบบเปียกคือ isotropic นั่นคือความเร็วของมันเหมือนกันในทุกทิศทาง สิ่งนี้ทำให้หน้ากาก (หรือฟิล์มอ่อนไหว) ไม่ได้รับการจัดแนวอย่างสมบูรณ์กับฟิล์มสลักออกไซด์ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะประมวลผลไดอะแกรมวงจรที่ดีมาก

การแกะสลักแบบแห้ง

การแกะสลักแบบแห้งสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทที่แตกต่างกัน อย่างแรกคือการแกะสลักเคมีซึ่งใช้ก๊าซแกะสลัก (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนฟลูออไรด์) เช่นเดียวกับการแกะสลักแบบเปียกวิธีนี้คือ isotropic ซึ่งหมายความว่ามันไม่เหมาะสำหรับการแกะสลักละเอียด

วิธีที่สองคือการสปัตเตอร์ทางกายภาพซึ่งใช้ไอออนในพลาสมาเพื่อส่งผลกระทบและลบชั้นออกไซด์ส่วนเกินออก ในฐานะที่เป็นวิธีการแกะสลักแบบแอนไอโซโทรปิกการแกะสลักสปัตเตอร์มีอัตราการแกะสลักที่แตกต่างกันในทิศทางแนวนอนและแนวตั้งดังนั้นความละเอียดของมันจึงดีกว่าการแกะสลักทางเคมี อย่างไรก็ตามข้อเสียของวิธีนี้คือความเร็วในการแกะสลักช้าเพราะมันขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาทางกายภาพที่เกิดจากการชนของไอออน

วิธีที่สามสุดท้ายคือการแกะสลักไอออนปฏิกิริยา (RIE) RIE ผสมผสานสองวิธีแรกนั่นคือในขณะที่ใช้พลาสมาสำหรับการแกะสลักทางกายภาพของไอออไนเซชัน นอกเหนือจากความเร็วในการแกะสลักเกินสองวิธีแรก RIE ยังสามารถใช้ลักษณะ anisotropic ของไอออนเพื่อให้ได้รูปแบบการแกะสลักที่มีความแม่นยำสูง

วันนี้การแกะสลักแบบแห้งถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อปรับปรุงผลผลิตของวงจรเซมิคอนดักเตอร์ที่ดี การรักษาความสม่ำเสมอของการแกะสลักอย่างเต็มรูปแบบและความเร็วในการแกะสลักที่เพิ่มขึ้นนั้นเป็นสิ่งสำคัญและอุปกรณ์การแกะสลักแบบแห้งที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบันสนับสนุนการผลิตตรรกะและชิปหน่วยความจำขั้นสูงที่สุดที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น

Vetek Semiconductor เป็นผู้ผลิตภาษาจีนมืออาชีพของการเคลือบ Tantalum Carbide, การเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์, กราไฟท์พิเศษ, เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์และเซรามิกเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ- Vetek Semiconductor มุ่งมั่นที่จะจัดหาโซลูชั่นขั้นสูงสำหรับผลิตภัณฑ์ SIC Wafer ต่างๆสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

หากคุณสนใจผลิตภัณฑ์ข้างต้นโปรดติดต่อเราโดยตรง  

Mob: +86-180 6922 0752

whatsapp: +86 180 6922 0752

อีเมล: anny@veteksemi.com