A chip gyártási folyamatának teljes leírása (2/2): az ostyától a csomagolásig és a tesztelésig

Minden félvezető termék gyártása több száz folyamatot igényel, és a teljes gyártási folyamat nyolc lépésre oszlik:ostyafeldolgozás - oxidáció - fotolitográfia - maratás - vékonyréteg-lerakás - összekapcsolás - tesztelés - csomagolás.

5. lépés: Vékonyréteg-lerakás

A chipen belüli mikroeszközök létrehozásához folyamatosan vékony filmrétegeket kell felhordani, és maratással eltávolítani a felesleges részeket, valamint a különböző eszközök elkülönítéséhez szükséges anyagokat is hozzáadni. Minden tranzisztor vagy memóriacella lépésről lépésre épül fel a fenti folyamat során. A "vékony fólia", amelyről itt beszélünk, olyan "fóliát" jelent, amelynek vastagsága kisebb, mint 1 mikron (μm, egy milliomod a méter), amely szokásos mechanikai feldolgozási módszerekkel nem gyártható. A szükséges molekuláris vagy atomi egységeket tartalmazó film ostyára helyezésének folyamata „lerakás”.

A többrétegű félvezető szerkezet kialakításához először eszközköteget kell készítenünk, vagyis több réteg vékony fém (vezetőképes) fóliát és dielektromos (szigetelő) fóliát kell felváltva az ostya felületére halmozni, majd a felesleget eltávolítani. részeket ismételt maratási eljárásokkal háromdimenziós szerkezet kialakításához. A leválasztási eljárásokhoz használható technikák közé tartozik a kémiai gőzleválasztás (CVD), az atomi réteges leválasztás (ALD) és a fizikai gőzleválasztás (PVD), az ezeket a technikákat alkalmazó módszerek pedig száraz és nedves leválasztásra oszthatók.

Kémiai gőzleválasztás (CVD)

A kémiai gőzleválasztás során a prekurzor gázok reakcióba lépnek egy reakciókamrában, és vékony filmet képeznek, amely az ostya és a kamrából kiszivattyúzott melléktermékek felületére tapad. A plazmával javított kémiai gőzleválasztás során plazmát használnak a reaktáns gázok előállítására. Ez a módszer csökkenti a reakcióhőmérsékletet, így ideális hőmérséklet-érzékeny szerkezetekhez. A plazma használata csökkentheti a lerakódások számát is, ami gyakran jobb minőségű filmeket eredményez.

Atomréteg lerakódás (ALD)

Az atomi réteges lerakódás egyszerre csak néhány atomi réteg lerakásával vékony filmeket képez. Ennek a módszernek a kulcsa a független lépések ciklusa, amelyeket meghatározott sorrendben hajtanak végre, és fenntartják a jó irányítást. Az ostya felületének prekurzorral való bevonása az első lépés, majd különböző gázokat vezetnek be, amelyek reakcióba lépnek a prekurzorral, és így a kívánt anyagot képezik az ostya felületén.

Fizikai gőzlerakódás (PVD)

Ahogy a neve is sugallja, a fizikai gőzleválasztás vékony filmek fizikai úton történő képződésére utal. A porlasztás egy fizikai gőzfázisú leválasztási módszer, amely argonplazmát használ atomok porlasztására a célpontból, majd az ostya felületére vékony filmet képezve. Egyes esetekben a lerakódott film kezelhető és javítható olyan technikákkal, mint az ultraibolya hőkezelés (UVTP).

6. lépés: Összekapcsolás

A félvezetők vezetőképessége a vezetők és a nem vezetők (azaz a szigetelők) között van, ami lehetővé teszi az elektromosság áramlásának teljes szabályozását. Az ostya alapú litográfiai, maratási és lerakási folyamatok olyan alkatrészeket építhetnek fel, mint például a tranzisztorok, de ezeket csatlakoztatni kell ahhoz, hogy lehetővé tegyék a teljesítmény és a jelek átvitelét és vételét.

A fémeket vezetőképességük miatt áramkörök összekapcsolására használják. A félvezetőkhöz használt fémeknek meg kell felelniük a következő feltételeknek:

· Alacsony ellenállás: Mivel a fém áramköröknek áramot kell átengedniük, a bennük lévő fémeknek alacsony ellenállásúaknak kell lenniük.

· Termokémiai stabilitás: A fémanyagok tulajdonságainak változatlannak kell maradniuk a fém összekapcsolási folyamat során.

· Nagy megbízhatóság: Az integrált áramköri technológia fejlődésével még kis mennyiségű fém összekötő anyagoknak is kellő tartóssággal kell rendelkezniük.

· Gyártási költség: Még ha az első három feltétel teljesül is, az anyagköltség túl magas ahhoz, hogy megfeleljen a tömeggyártás igényeinek.

Az összekapcsolási folyamat főként két anyagot használ, az alumíniumot és a rezet.

Alumínium összekapcsolási folyamat

Az alumínium összekapcsolási folyamata az alumínium leválasztásával, a fotoreziszt felvitelével, az expozícióval és a fejlesztéssel kezdődik, ezt követi a maratással a felesleges alumínium és a fotoreziszt szelektív eltávolítása az oxidációs folyamatba lépés előtt. A fenti lépések befejezése után a fotolitográfiás, maratási és leválasztási folyamatokat addig ismételjük, amíg az összekapcsolás be nem fejeződik.

Az alumínium kiváló vezetőképessége mellett könnyen fotolitografálható, maratható és lerakható. Ezen túlmenően alacsony költséggel és jó tapadással rendelkezik az oxidfilmhez. Hátránya, hogy könnyen korrodálható és alacsony olvadáspontja van. Ezen túlmenően, hogy megakadályozzuk, hogy az alumínium reakcióba lépjen a szilíciummal, és ne okozzon csatlakozási problémákat, fémlerakódásokat kell hozzáadni, hogy az alumíniumot elválasztsák az ostyától. Ezt a lerakódást "barrier metal"-nak nevezik.

Az alumínium áramkörök leválasztással jönnek létre. Miután az ostya belép a vákuumkamrába, alumíniumrészecskékből álló vékony film tapad az ostyához. Ezt a folyamatot "gőzleválasztásnak (VD)" nevezik, amely magában foglalja a kémiai gőzleválasztást és a fizikai gőzleválasztást.

Réz összekapcsolási folyamat

A félvezető eljárások kifinomultabbá válásával és az eszközök méretének csökkenésével az alumínium áramkörök csatlakozási sebessége és elektromos tulajdonságai már nem megfelelőek, ezért új, méret- és költségkövetelményeknek megfelelő vezetőkre van szükség. Az első ok, amiért a réz helyettesítheti az alumíniumot, az az, hogy kisebb az ellenállása, ami gyorsabb eszközcsatlakozási sebességet tesz lehetővé. A réz azért is megbízhatóbb, mert jobban ellenáll az elektromigrációnak, a fémionok mozgásának, amikor az áram áthalad egy fémen, mint az alumínium.

A réz azonban nem könnyen képez vegyületeket, így nehéz elpárologni és eltávolítani az ostya felületéről. Ennek a problémának a megoldására a réz maratása helyett dielektromos anyagokat rakunk le és maratunk le, amelyek fém vonalmintákat képeznek, ahol szükséges, árkokból és átmenőnyílásokból, majd a fent említett "mintákat" rézzel töltjük fel az összekapcsolás elérése érdekében, ezt a folyamatot "damaszcének" nevezik. .

Ahogy a rézatomok tovább diffundálnak a dielektrikumba, az utóbbi szigetelése csökken, és gátréteget képez, amely elzárja a rézatomokat a további diffúziótól. Ezután a zárórétegen vékony réz magréteg képződik. Ez a lépés lehetővé teszi a galvanizálást, amely a nagy oldalarányú minták rézzel való kitöltése. Feltöltés után a felesleges réz fémkémiai mechanikai polírozással (CMP) eltávolítható. A befejezés után oxidfilmet lehet lerakni, a felesleges filmet fotolitográfiás és maratási eljárásokkal lehet eltávolítani. A fenti folyamatot meg kell ismételni, amíg a réz összeköttetés be nem fejeződik.

A fenti összehasonlításból látható, hogy a réz és az alumínium összekapcsolás közötti különbség az, hogy a felesleges rezet fém CMP-vel távolítják el, nem pedig maratással.

7. lépés: Tesztelés

A teszt fő célja annak ellenőrzése, hogy a félvezető chip minősége megfelel-e egy bizonyos szabványnak, hogy kiküszöbölje a hibás termékeket és javítsa a chip megbízhatóságát. Ezenkívül a tesztelt hibás termékek nem lépnek be a csomagolási lépésbe, ami költséget és időt takarít meg. Az elektronikus kockaválogatás (EDS) az ostyák vizsgálati módszere.

Az EDS egy olyan eljárás, amely ellenőrzi az egyes chipek elektromos jellemzőit szelet állapotban, és ezáltal javítja a félvezető hozamát. Az EDS öt lépésre osztható, az alábbiak szerint:

01 Elektromos paraméter-felügyelet (EPM)

Az EPM a félvezető chipek tesztelésének első lépése. Ez a lépés a félvezető integrált áramkörökhöz szükséges összes eszközt (beleértve a tranzisztorokat, kondenzátorokat és diódákat is) teszteli annak biztosítása érdekében, hogy elektromos paramétereik megfeleljenek a szabványoknak. Az EPM fő funkciója, hogy mért elektromos jellemző adatokat biztosítson, amelyeket a félvezetőgyártási folyamatok hatékonyságának és a termék teljesítményének javítására használnak fel (nem a hibás termékek észlelésére).

02 Ostya öregedési teszt

A félvezető hibák aránya két aspektusból származik, nevezetesen a gyártási hibák arányából (magasabb a korai szakaszban) és a hibák arányából a teljes életciklus során. Az ostya öregedési tesztje az ostya bizonyos hőmérsékleten és AC/DC feszültség alatti tesztelését jelenti, hogy kiderítsék azokat a termékeket, amelyek korai stádiumában hibásak lehetnek, vagyis a végtermék megbízhatóságát javítják az esetleges hibák feltárásával.

03 Észlelés

Az öregítési teszt befejezése után a félvezető chipet szondakártyával kell a vizsgálókészülékhez csatlakoztatni, majd az ostyán a hőmérséklet-, sebesség- és mozgásvizsgálatok elvégzésével ellenőrizhető a félvezető funkciói. Az egyes tesztlépések leírását a táblázatban találja.

04 Javítás

A javítás a legfontosabb tesztlépés, mert egyes hibás chipek a problémás alkatrészek cseréjével javíthatók.

05 Pontozás

Az elektromos teszten megbukott chipek az előző lépésekben ki lettek válogatva, de a megkülönböztetéshez továbbra is meg kell jelölni őket. Korábban a hibás chipeket speciális tintával kellett megjelölnünk, hogy szabad szemmel is beazonosíthatóak legyenek, most azonban a rendszer automatikusan a tesztadatok értéke szerint rendezi őket.

8. lépés: Csomagolás

Az előző több folyamatot követően az ostya egyenlő méretű négyzet alakú lapkákat (más néven "single chipeket") képez. A következő teendő az egyedi forgácsok kivágása. Az újonnan vágott chipek nagyon törékenyek és nem tudnak elektromos jeleket cserélni, ezért külön kell őket feldolgozni. Ez a folyamat a csomagolás, amely magában foglalja egy védőburkolat kialakítását a félvezető chipen kívül, és lehetővé teszi számukra, hogy elektromos jeleket cseréljenek a külsővel. A teljes csomagolási folyamat öt lépésre oszlik, nevezetesen ostyafűrészelés, egylapkás rögzítés, összekapcsolás, formázás és csomagolás tesztelése.

01 Ostya fűrészelés

Ahhoz, hogy az ostyából számtalan sűrűn elrendezett forgácsot levághassunk, először az ostya hátoldalát kell óvatosan „csiszolnunk”, amíg vastagsága megfelel a csomagolási folyamat igényeinek. Köszörülés után az ostyán lévő íróvonal mentén vághatunk, amíg a félvezető chip le nem válik.

Háromféle ostyafűrészelési technológia létezik: pengevágás, lézervágás és plazmavágás. A penge kockázás egy gyémánt penge használata az ostya vágásához, amely hajlamos a súrlódási hőre és a törmelékre, és ezáltal károsítja az ostyát. A lézeres kockázás nagyobb pontosságú, és könnyen kezelhető vékony vastagságú vagy kis vonaltávolságú ostyákkal. A plazma kockázás a plazmamaratás elvét alkalmazza, így ez a technológia akkor is alkalmazható, ha az írásvonalak nagyon kicsik.

02 Egylapos ostyatartozék

Miután az összes chipet leválasztottuk az ostyáról, az egyes chipeket (egyes ostyákat) a hordozóhoz (ólomkerethez) kell rögzítenünk. A hordozó feladata, hogy megvédje a félvezető chipeket, és lehetővé tegye számukra, hogy elektromos jeleket cseréljenek a külső áramkörökkel. A forgácsok rögzítéséhez folyékony vagy tömör szalagragasztókat lehet használni.

03 Összekapcsolás

A chipnek a hordozóhoz való rögzítése után a kettő érintkezési pontjait is össze kell kötnünk az elektromos jelcsere eléréséhez. Ebben a lépésben két csatlakozási mód használható: huzalkötés vékony fémhuzalokkal és flip-chip kötés gömb alakú aranytömbökkel vagy óntömbökkel. A huzalkötés hagyományos módszer, a flip chip kötési technológia pedig felgyorsíthatja a félvezetőgyártást.

04 Formázás

A félvezető chip csatlakoztatásának befejezése után öntési eljárásra van szükség ahhoz, hogy a chip külső részét egy csomagot helyezzenek el, amely megvédi a félvezető integrált áramkört a külső körülményektől, például a hőmérséklettől és a páratartalomtól. Miután a csomagolóformát szükség szerint elkészítettük, a félvezető chipet és az epoxi formázóanyagot (EMC) a formába kell helyeznünk, és le kell zárni. A lezárt chip a végső forma.

05 Csomagolási teszt

A már végleges formájú chipeknek is át kell menniük a végső hibateszten. Az összes kész félvezető chip, amely a végső tesztbe kerül, kész félvezető chip. A tesztberendezésbe helyezik őket, és különböző feltételeket állítanak be, például feszültséget, hőmérsékletet és páratartalmat az elektromos, funkcionális és sebességtesztekhez. A tesztek eredményei felhasználhatók a hibák feltárására, valamint a termékminőség és a termelés hatékonyságának javítására.

A csomagolástechnika fejlődése

A chipek méretének csökkenésével és a teljesítményigény növekedésével a csomagolás számos technológiai innováción ment keresztül az elmúlt néhány évben. Egyes jövőorientált csomagolási technológiák és megoldások magukban foglalják a lerakás használatát a hagyományos háttérfolyamatokhoz, például az ostyaszintű csomagoláshoz (WLP), az ütközési folyamatokhoz és az újraelosztási réteg (RDL) technológiához, valamint a maratási és tisztítási technológiákat az előtérben. ostyagyártás.

Mi az a fejlett csomagolás?

A hagyományos csomagoláshoz minden chipet ki kell vágni az ostyából, és egy formába kell helyezni. Az ostyaszintű csomagolás (WLP) a fejlett csomagolási technológia egy fajtája, amely az ostyán lévő chip közvetlen csomagolását jelenti. A WLP folyamata az, hogy először csomagoljuk és teszteljük, majd az összes formált chipet egyszerre leválasztjuk az ostyáról. A hagyományos csomagoláshoz képest a WLP előnye az alacsonyabb gyártási költség.

A fejlett csomagolás 2D csomagolásra, 2.5D csomagolásra és 3D csomagolásra osztható.

Kisebb 2D csomagolás

Mint korábban említettük, a csomagolási folyamat fő célja a félvezető chip jelének kifelé továbbítása, a lapkán kialakuló dudorok pedig a bemeneti/kimeneti jelek küldésének érintkezési pontjai. Ezek a dudorok be- és kifúvósra oszthatók. Az előbbi legyező alakú a chipen belül található, az utóbbi pedig a legyező alakú a chip tartományon kívül esik. A bemeneti/kimeneti jelet I/O-nak (input/output), a bemenet/kimenet számát pedig I/O count-nak nevezzük. Az I/O szám fontos alapja a csomagolási mód meghatározásának. Ha az I/O-szám alacsony, ventilátoros csomagolást használnak. Mivel a chip mérete nem sokat változik a csomagolás után, ezt a folyamatot chip-scale csomagolásnak (CSP) vagy wafer-level chip-scale csomagolásnak (WLCSP) is nevezik. Ha az I/O-szám magas, általában fan-out csomagolást használnak, és a jelútválasztás lehetővé tételéhez az ütközéseken kívül újraelosztási rétegekre (RDL) is szükség van. Ez a "fan-out ostyaszintű csomagolás (FOWLP)."

2.5D csomagolás

A 2.5D csomagolási technológia két vagy több típusú chipet képes egyetlen csomagba helyezni, miközben lehetővé teszi a jelek oldalirányú továbbítását, ami növelheti a csomag méretét és teljesítményét. A legszélesebb körben használt 2.5D csomagolási módszer a memória és a logikai chipek egyetlen csomagba helyezése egy szilícium interposeren keresztül. A 2,5D-s csomagoláshoz olyan alapvető technológiákra van szükség, mint a szilícium áthaladó nyílások (TSV), a mikrodudorok és a finom hangmagasságú RDL-k.

3D csomagolás

A 3D csomagolási technológia két vagy több típusú chipet képes egyetlen csomagba helyezni, miközben lehetővé teszi a jelek függőleges továbbítását. Ez a technológia kisebb és nagyobb I/O-számú félvezető chipekhez alkalmas. A TSV használható magas I/O-számú chipekhez, a huzalkötés pedig alacsony I/O-számú chipekhez használható, és végső soron olyan jelrendszert alkot, amelyben a chipek függőlegesen vannak elrendezve. A 3D-s csomagoláshoz szükséges alapvető technológiák közé tartozik a TSV és a micro-bump technológia.

Eddig a félvezető termékgyártás nyolc lépése "ostyafeldolgozás - oxidáció - fotolitográfia - maratás - vékonyréteg-leválasztás - összekapcsolás - tesztelés - csomagolás" - teljes körűen bevezetésre került. A "homoktól" a "forgácsokig" a félvezető technológia a "kövek arannyá alakításának" valódi változatát hajtja végre.

A VeTek Semiconductor egy professzionális kínai gyártóTantál-karbid bevonat, Szilícium-karbid bevonat, Speciális grafit, Szilícium-karbid kerámiaésEgyéb félvezető kerámiák. A VeTek Semiconductor elkötelezett amellett, hogy fejlett megoldásokat kínáljon különféle SiC Wafer termékekhez a félvezetőipar számára.

Ha érdekli a fenti termékek, kérjük, forduljon hozzánk közvetlenül.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-mail: anny@veteksemi.com