Eine vollständige Erläuterung des ChIP -Herstellungsprozesses (1/2): Vom Wafer bis zu Verpackungen und Tests

Die Herstellung jedes Halbleiterprodukts erfordert Hunderte von Prozessen, und der gesamte Herstellungsprozess ist in acht Schritte unterteilt:Waferverarbeitung - Oxidation - Photolithographie - Radierung - Dünnfilmablagerung - Zusammenschaltung - Testen - Verpackung.

Schritt 1:Waferverarbeitung

Alle Halbleiterprozesse beginnen mit einem Sandkorn! Weil das im Sand enthaltene Silizium das Rohstoff ist, das zur Herstellung von Wafern benötigt wird. Wafer sind runde Scheiben, die aus einzelnen Kristallzylindern aus Silizium (Si) oder Galliumarsenid (GaAs) geschnitten wurden. Um hochpurige Siliziummaterialien zu extrahieren, wird ein spezielles Material mit einem Siliziumdioxidgehalt von bis zu 95%ein spezielles Material benötigt, das auch der Hauptrohm für die Herstellung von Wafern ist. Die Waferverarbeitung ist der Prozess der Erstellung der oben genannten Wafer.

Bühne

Zunächst muss der Sand erhitzt werden, um das Kohlenmonoxid und das Silizium darin zu trennen, und der Vorgang wird wiederholt, bis ein Silizium (EG-SI) mit ultrahohem elektronischem Grad von Purity Electronic Grade erhalten wird. High-Purity-Silizium schmilzt in Flüssigkeit und verfestigt sich dann in eine einzelne Kristallmahlform, die als "Barren" bezeichnet wird und der erste Schritt in der Herstellung von Halbleiter ist.

Die Herstellungsgenauigkeit von Siliziumimboten (Siliziumsäulen) ist sehr hoch und erreicht den Nanometerstand und die weit verbreitete Herstellungsmethode ist die Czochralski -Methode.

Barrengeschnitten

Nach Abschluss des vorherigen Schritts müssen die beiden Enden des Innenskens mit einer Diamantsäge abgeschnitten und dann in dünne Scheiben einer bestimmten Dicke geschnitten. Der Durchmesser des Ingot -Slice bestimmt die Größe des Wafers. Größere und dünnere Wafer können in verwendbarere Einheiten unterteilt werden, was dazu beiträgt, die Produktionskosten zu senken. Nach dem Schneiden des Siliziumimplements müssen die Scheiben "flache Bereiche" oder "Dellen" hinzugefügt werden, um die Einstellung der Verarbeitungsrichtung in nachfolgenden Schritten zu erleichtern.

Waferoberflächenpolieren

Die durch den oben genannten Schneidvorgang erhaltenen Scheiben werden als "nackte Wafer" bezeichnet, dh unverarbeitete "rohe Wafer". Die Oberfläche des nackten Wafers ist ungleichmäßig und das Schaltungsmuster kann nicht direkt darauf gedruckt werden. Daher ist es erforderlich, zuerst Oberflächendefekte durch Schleif- und chemische Ätzprozesse zu entfernen, dann zu polieren, um eine glatte Oberfläche zu bilden, und dann durch Reinigung verbleibende Verunreinigungen zu entfernen, um einen fertigen Wafer mit einer sauberen Oberfläche zu erhalten.

Schritt 2: Oxidation

Die Rolle des Oxidationsprozesses besteht darin, einen Schutzfilm auf der Oberfläche des Wafers zu bilden. Es schützt den Wafer vor chemischen Verunreinigungen, verhindert, dass der Leckstrom in die Schaltung eindringt, die Diffusion während der Ionenimplantation verhindert und verhindert, dass der Wafer während des Ätzens rutscht.

Der erste Schritt des Oxidationsprozesses besteht darin, Verunreinigungen und Verunreinigungen zu entfernen. Es erfordert vier Schritte, um organische Substanz, Metallverunreinigungen zu entfernen und das Restwasser zu verdampfen. Nach dem Reinigen kann der Wafer in einer Hochtemperaturumgebung von 800 bis 1200 Grad Celsius platziert werden, und eine Siliziumdioxid (d. H. "Oxid") wird durch den Sauerstofffluss oder Dampf auf der Oberfläche des Wafers gebildet. Sauerstoff diffundiert durch die Oxidschicht und reagiert mit Silizium, um eine Oxidschicht unterschiedlicher Dicke zu bilden, und ihre Dicke kann nach Abschluss der Oxidation gemessen werden.

Trockene Oxidation und feuchte Oxidation in Abhängigkeit von den verschiedenen Oxidationsmitteln bei der Oxidationsreaktion kann der thermische Oxidationsprozess in trockene Oxidation und Nassoxidation unterteilt werden. Ersteres verwendet reines Sauerstoff, um eine Siliziumdioxidschicht zu erzeugen, die langsam ist, aber die Oxidschicht ist dünn und dicht. Letzteres benötigt sowohl Sauerstoff als auch hochlösliche Wasserdampf, was durch eine schnelle Wachstumsrate, aber eine relativ dicke Schutzschicht mit einer geringen Dichte gekennzeichnet ist.

Zusätzlich zum Oxidationsmittel gibt es andere Variablen, die die Dicke der Siliziumdioxidschicht beeinflussen. Erstens beeinflusst die Waferstruktur, ihre Oberflächendefekte und die interne Dotierungskonzentration die Geschwindigkeit der Oxidschichterzeugung. Je höher der Druck und die Temperatur durch die Oxidationsgeräte erzeugt werden, desto schneller wird die Oxidschicht erzeugt. Während des Oxidationsprozesses ist es auch erforderlich, ein Dummy -Blatt gemäß der Position des Wafers in der Einheit zu verwenden, um den Wafer zu schützen und den Unterschied im Oxidationsgrad zu verringern.

Schritt 3: Photolithographie

Die Photolithographie soll das Schaltungsmuster durch Licht auf den Wafer "drucken". Wir können es als das Zeichnen der für die Herstellung von Halbleiter benötigten Ebenenkarte auf der Oberfläche des Wafers verstehen. Je höher die Feinheit des Schaltungsmusters, desto höher ist die Integration des fertigen Chips, die durch fortschrittliche Photolithographie -Technologie erreicht werden muss. Insbesondere kann die Photolithographie in drei Schritte unterteilt werden: Beschichtungsphotoresist, Exposition und Entwicklung.

Beschichtung

Der erste Schritt beim Zeichnen einer Schaltung auf einem Wafer besteht darin, den Photoresist auf der Oxidschicht zu beschichten. Photoresist macht den Wafer zu einem "Fotopapier", indem er seine chemischen Eigenschaften ändert. Je dünner die photoresistische Schicht auf der Oberfläche des Wafers, desto gleichmäßiger die Beschichtung und je feiner das Muster, das gedruckt werden kann. Dieser Schritt kann durch die "Spin -Coating" -Methode durchgeführt werden. Gemäß der Unterschied in der leichten (ultravioletten) Reaktivität können Photoresistern in zwei Arten unterteilt werden: positiv und negativ. Ersteres zersetzt sich und verschwindet nach Lichtbelastung, wobei das Muster des nicht exponierten Bereichs verlässt, während letztere nach Lichtbelastung polymerisieren und das Muster des exponierten Teils erscheinen lassen.

Belichtung

Nachdem der Photoresistfilm am Wafer bedeckt ist, kann der Schaltungsdruck durch Steuerung der Lichtbelastung abgeschlossen werden. Dieser Prozess wird als "Exposition" bezeichnet. Wir können Licht selektiv durch die Belichtungsgeräte führen. Wenn das Licht durch die Maske fließt, die das Schaltungsmuster enthält, kann der Schaltkreis auf dem mit dem Photoresistfilm unten beschichteten Wafer gedruckt werden.

Während des Expositionsprozesses, je feiner das gedruckte Muster, kann der endgültige Chip umso mehr Komponenten zur Verbesserung der Produktionseffizienz und zur Verringerung der Kosten jeder Komponente beiträgt. In diesem Bereich ist die neue Technologie, die derzeit viel Aufmerksamkeit auf sich zieht, die EUV -Lithographie. Die Lam Research Group hat gemeinsam eine neue Trockenfilm -Photoresist -Technologie mit strategischen Partnern ASML und IMEC entwickelt. Diese Technologie kann die Produktivität und den Ertrag des EUV-Lithographie-Expositionsprozesses durch Verbesserung der Auflösung (ein Schlüsselfaktor bei der Feinabstimmungsbreite) erheblich verbessern.

Entwicklung

Der Schritt nach der Exposition besteht darin, den Entwickler auf den Wafer zu sprühen. Ziel ist es, den Photoresist in den unbedeckten Bereich des Musters zu entfernen, damit das gedruckte Schaltungsmuster aufgedeckt werden kann. Nach Abschluss der Entwicklung muss sie von verschiedenen Messgeräten und optischen Mikroskopen überprüft werden, um die Qualität des Schaltplans zu gewährleisten.

Schritt 4: Ätzen

Nachdem die Photolithographie des Schaltendiagramms am Wafer abgeschlossen ist, wird ein Ätzprozess verwendet, um überschüssigen Oxidfilm zu entfernen und nur das Halbleiterschaltungsdiagramm zu lassen. Dazu wird Flüssigkeit, Gas oder Plasma verwendet, um die ausgewählten überschüssigen Teile zu entfernen. Abhängig von den verwendeten Substanzen gibt es zwei Hauptmethoden zum Ätzen: Nassetching unter Verwendung einer spezifischen chemischen Lösung, um chemisch zu reagieren, um den Oxidfilm zu entfernen, und trockene Ätzen unter Verwendung von Gas oder Plasma.

Nasse Ätzen

Nassetching unter Verwendung chemischer Lösungen zum Entfernen von Oxidfilmen hat die Vorteile von geringen Kosten, schneller Ätzgeschwindigkeit und hoher Produktivität. Das nasse Ätzen ist jedoch isotrop, dh seine Geschwindigkeit ist in jeder Richtung gleich. Dies führt dazu, dass die Maske (oder der sensible Film) nicht vollständig mit dem geätzten Oxidfilm ausgerichtet ist. Daher ist es schwierig, sehr feine Schaltpläne zu verarbeiten.

Trockene Ätzen

Trockenätzung kann in drei verschiedene Typen unterteilt werden. Das erste ist eine chemische Radierung, die Ätzgase (hauptsächlich Wasserstofffluorid) verwendet. Wie nasse Ätzen ist diese Methode isotrop, was bedeutet, dass sie nicht für feines Ätzen geeignet ist.

Die zweite Methode ist das physische Sputter, das Ionen im Plasma verwendet, um die überschüssige Oxidschicht zu beeinflussen und zu entfernen. Als anisotrope Ätzmethode hat das Sputter -Ätzen unterschiedliche Ätzraten in horizontalen und vertikalen Richtungen, sodass seine Feinheit auch besser ist als chemische Ätzen. Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass die Ätzgeschwindigkeit langsam ist, da sie vollständig auf der durch Ionenkollision verursachten physikalischen Reaktion abhängt.

Die letzte dritte Methode ist die reaktive Ionenätzung (RIE). RIE kombiniert die ersten beiden Methoden, dh bei der Verwendung von Plasma zur physikalischen Ionisation wird chemische Ätzung mit Hilfe freier Radikale durchgeführt, die nach Plasmaaktivierung erzeugt werden. Zusätzlich zu der Ätzgeschwindigkeit, die die ersten beiden Methoden überschreitet, kann RIE die anisotropen Eigenschaften von Ionen verwenden, um ein hochpräzisetztes Musterkanting zu erreichen.

Heutzutage wurde die Trockenätzung häufig verwendet, um die Ausbeute feiner Halbleiterschaltungen zu verbessern. Die Aufrechterhaltung der Einheitlichkeit des Ätzens in voller Wafer und die zunehmende Ätzgeschwindigkeit sind von entscheidender Bedeutung, und die fortschrittlichste trockene Ätzgeräte von heute unterstützt die Produktion der fortschrittlichsten Logik- und Speicherchips mit höherer Leistung.

Vetek Semiconductor ist ein professioneller chinesischer Hersteller vonTantal -Carbidbeschichtung, Siliziumkarbidbeschichtung, Spezialgrafit, SiliziumkarbidkeramikUndAndere Halbleiterkeramik. Vetek Semiconductor ist verpflichtet, fortschrittliche Lösungen für verschiedene SIC -Wafer -Produkte für die Halbleiterindustrie bereitzustellen.

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