Penjelasan lengkap tentang proses pembuatan chip (1/2): Dari wafer hingga pengemasan dan pengujian

Pembuatan setiap produk semikonduktor membutuhkan ratusan proses, dan seluruh proses pembuatan dibagi menjadi delapan langkah:pemrosesan wafer - oksidasi - Photolithography - etsa - deposisi film tipis - interkoneksi - pengujian - kemasan.

Langkah 1:Pemrosesan wafer

Semua proses semikonduktor dimulai dengan sebutir pasir! Karena silikon yang terkandung di pasir adalah bahan baku yang dibutuhkan untuk menghasilkan wafer. Wafer adalah irisan bundar yang dipotong dari silinder kristal tunggal yang terbuat dari silikon (SI) atau gallium arsenide (GaAs). Untuk mengekstraksi bahan silikon kemurnian tinggi, pasir silika, bahan khusus dengan kandungan silikon dioksida hingga 95%, diperlukan, yang juga merupakan bahan baku utama untuk membuat wafer. Pemrosesan wafer adalah proses membuat wafer di atas.

Casting ingot

Pertama, pasir perlu dipanaskan untuk memisahkan karbon monoksida dan silikon di dalamnya, dan prosesnya diulangi sampai silikon tingkat elektronik kemurnian yang sangat tinggi (misalnya-Si) diperoleh. Silikon dengan kemurnian tinggi meleleh menjadi cairan dan kemudian dipadatkan menjadi bentuk padat kristal tunggal, yang disebut "ingot", yang merupakan langkah pertama dalam manufaktur semikonduktor.

Presisi manufaktur ingot silikon (pilar silikon) sangat tinggi, mencapai tingkat nanometer, dan metode manufaktur yang banyak digunakan adalah metode czochralski.

Pemotongan ingot

Setelah langkah sebelumnya selesai, perlu untuk memotong dua ujung ingot dengan gergaji berlian dan kemudian memotongnya menjadi irisan tipis dengan ketebalan tertentu. Diameter irisan ingot menentukan ukuran wafer. Wafer yang lebih besar dan lebih tipis dapat dibagi menjadi unit yang lebih bermanfaat, yang membantu mengurangi biaya produksi. Setelah memotong silikon ingot, perlu untuk menambahkan "area datar" atau "penyok" pada irisan untuk memfasilitasi pengaturan arah pemrosesan sebagai standar dalam langkah -langkah berikutnya.

Pemolesan permukaan wafer

Irisan yang diperoleh melalui proses pemotongan di atas disebut "wafer telanjang", yaitu, "wafer mentah" yang tidak diproses. Permukaan wafer telanjang tidak rata dan pola sirkuit tidak dapat dicetak langsung di atasnya. Oleh karena itu, perlu untuk terlebih dahulu menghilangkan cacat permukaan melalui proses penggilingan dan etsa kimia, kemudian memoles untuk membentuk permukaan yang halus, dan kemudian menghilangkan kontaminan residu melalui pembersihan untuk mendapatkan wafer jadi dengan permukaan yang bersih.

Langkah 2: Oksidasi

Peran proses oksidasi adalah untuk membentuk film pelindung di permukaan wafer. Ini melindungi wafer dari kotoran kimia, mencegah arus kebocoran memasuki sirkuit, mencegah difusi selama implantasi ion, dan mencegah wafer tergelincir selama etsa.

Langkah pertama dari proses oksidasi adalah menghilangkan kotoran dan kontaminan. Ini membutuhkan empat langkah untuk menghilangkan bahan organik, kotoran logam dan menguap air residu. Setelah dibersihkan, wafer dapat ditempatkan di lingkungan suhu tinggi 800 hingga 1.200 derajat Celcius, dan lapisan silikon dioksida (mis. "Oksida") dibentuk oleh aliran oksigen atau uap pada permukaan wafer. Oksigen berdifusi melalui lapisan oksida dan bereaksi dengan silikon untuk membentuk lapisan oksida dengan ketebalan yang bervariasi, dan ketebalannya dapat diukur setelah oksidasi selesai.

Oksidasi kering dan oksidasi basah tergantung pada oksidan yang berbeda dalam reaksi oksidasi, proses oksidasi termal dapat dibagi menjadi oksidasi kering dan oksidasi basah. Yang pertama menggunakan oksigen murni untuk menghasilkan lapisan silikon dioksida, yang lambat tetapi lapisan oksida tipis dan padat. Yang terakhir membutuhkan uap air oksigen dan sangat larut, yang ditandai dengan laju pertumbuhan yang cepat tetapi lapisan pelindung yang relatif tebal dengan kepadatan rendah.

Selain oksidan, ada variabel lain yang mempengaruhi ketebalan lapisan silikon dioksida. Pertama, struktur wafer, cacat permukaannya dan konsentrasi doping internal akan mempengaruhi laju pembuatan lapisan oksida. Selain itu, semakin tinggi tekanan dan suhu yang dihasilkan oleh peralatan oksidasi, semakin cepat lapisan oksida akan dihasilkan. Selama proses oksidasi, juga perlu menggunakan lembaran dummy sesuai dengan posisi wafer di unit untuk melindungi wafer dan mengurangi perbedaan derajat oksidasi.

Langkah 3: Photolithography

Photolithography adalah untuk "mencetak" pola sirkuit ke wafer melalui cahaya. Kita dapat memahaminya sebagai menggambar peta bidang yang diperlukan untuk manufaktur semikonduktor di permukaan wafer. Semakin tinggi kehalusan pola sirkuit, semakin tinggi integrasi chip jadi, yang harus dicapai melalui teknologi fotolitografi canggih. Secara khusus, fotolitografi dapat dibagi menjadi tiga langkah: pelapisan fotoresis, paparan dan pengembangan.

Lapisan

Langkah pertama menggambar sirkuit pada wafer adalah melapisi fotoresis pada lapisan oksida. Photoresist membuat wafer menjadi "kertas foto" dengan mengubah sifat kimianya. Semakin tipis lapisan photoresist di permukaan wafer, semakin seragam lapisan, dan semakin halus pola yang dapat dicetak. Langkah ini dapat dilakukan dengan metode "spin coating". Menurut perbedaan reaktivitas cahaya (ultraviolet), fotoresis dapat dibagi menjadi dua jenis: positif dan negatif. Yang pertama akan membusuk dan menghilang setelah terpapar cahaya, meninggalkan pola area yang tidak terpapar, sedangkan yang terakhir akan berpolimerisasi setelah terpapar cahaya dan membuat pola bagian yang terbuka muncul.

Paparan

Setelah film photoresist ditutupi pada wafer, pencetakan sirkuit dapat diselesaikan dengan mengendalikan paparan cahaya. Proses ini disebut "paparan". Kita dapat secara selektif meneruskan cahaya melalui peralatan eksposur. Ketika cahaya melewati topeng yang berisi pola sirkuit, sirkuit dapat dicetak pada wafer yang dilapisi dengan film photoresist di bawah ini.

Selama proses paparan, semakin halus pola yang dicetak, semakin banyak komponen chip akhir, yang membantu meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi biaya setiap komponen. Di bidang ini, teknologi baru yang saat ini menarik banyak perhatian adalah litografi EUV. Lam Research Group telah bersama -sama mengembangkan teknologi photoresist film kering baru dengan mitra strategis ASML dan IMEC. Teknologi ini dapat sangat meningkatkan produktivitas dan hasil proses paparan litografi EUV dengan meningkatkan resolusi (faktor kunci dalam lebar sirkuit penyempurnaan).

Perkembangan

Langkah setelah paparan adalah menyemprot pengembang pada wafer, tujuannya adalah untuk menghapus fotoresis di area pola yang terbuka, sehingga pola sirkuit cetak dapat diungkapkan. Setelah pengembangan selesai, perlu diperiksa oleh berbagai peralatan pengukur dan mikroskop optik untuk memastikan kualitas diagram sirkuit.

Langkah 4: Etsa

Setelah fotolitografi diagram sirkuit selesai pada wafer, proses etsa digunakan untuk menghilangkan film oksida berlebih dan hanya meninggalkan diagram sirkuit semikonduktor. Untuk melakukan ini, cair, gas atau plasma digunakan untuk menghilangkan bagian berlebih yang dipilih. Ada dua metode utama etsa, tergantung pada zat yang digunakan: etsa basah menggunakan larutan kimia spesifik untuk bereaksi secara kimia untuk menghilangkan film oksida, dan etsa kering menggunakan gas atau plasma.

Etsa basah

Etsa basah menggunakan solusi kimia untuk menghilangkan film oksida memiliki keunggulan biaya rendah, kecepatan etsa cepat dan produktivitas tinggi. Namun, etsa basah adalah isotropik, yaitu kecepatannya sama di segala arah. Hal ini menyebabkan topeng (atau film sensitif) tidak sepenuhnya selaras dengan film oksida terukir, sehingga sulit untuk memproses diagram sirkuit yang sangat halus.

Etsa kering

Etsa kering dapat dibagi menjadi tiga jenis yang berbeda. Yang pertama adalah etsa kimia, yang menggunakan gas etsa (terutama hidrogen fluoride). Seperti etsa basah, metode ini isotropik, yang berarti tidak cocok untuk etsa halus.

Metode kedua adalah sputtering fisik, yang menggunakan ion dalam plasma untuk mempengaruhi dan menghilangkan lapisan oksida berlebih. Sebagai metode etsa anisotropik, etsa sputtering memiliki laju etsa yang berbeda dalam arah horizontal dan vertikal, sehingga kehalusannya juga lebih baik daripada etsa kimia. Namun, kerugian dari metode ini adalah bahwa kecepatan etsa lambat karena bergantung sepenuhnya pada reaksi fisik yang disebabkan oleh tabrakan ion.

Metode ketiga terakhir adalah Etsa Ion Reaktif (RIE). Rie menggabungkan dua metode pertama, yaitu, saat menggunakan plasma untuk etsa fisik ionisasi, etsa kimia dilakukan dengan bantuan radikal bebas yang dihasilkan setelah aktivasi plasma. Selain kecepatan etsa yang melebihi dua metode pertama, Rie dapat menggunakan karakteristik anisotropik ion untuk mencapai etsa pola presisi tinggi.

Saat ini, etsa kering telah banyak digunakan untuk meningkatkan hasil sirkuit semikonduktor halus. Mempertahankan keseragaman etsa wafer penuh dan peningkatan kecepatan etsa sangat penting, dan peralatan etsa kering paling canggih saat ini mendukung produksi chip logika dan memori paling canggih dengan kinerja yang lebih tinggi.

Vetek Semiconductor adalah produsen Cina profesionalLapisan Tantalum Carbide, Lapisan silikon karbida, Grafit khusus, Keramik silikon karbidaDanKeramik semikonduktor lainnya. Vetek Semiconductor berkomitmen untuk memberikan solusi canggih untuk berbagai produk wafer SiC untuk industri semikonduktor.

Jika Anda tertarik dengan produk di atas, jangan ragu untuk menghubungi kami secara langsung.  

Mob: +86-180 6922 0752

Whatsapp: +86 180 6922 0752

Email: anny@veteksemi.com