Penjelasan lengkap tentang proses pembuatan chip (2/2): 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 - Etching - Deposisi Film Tipis - Interkoneksi - Pengujian - Kemasan.

---

Langkah 5: Deposisi Film Tipis

Untuk membuat perangkat mikro di dalam chip, kita perlu secara terus -menerus menyimpan lapisan film tipis dan menghilangkan kelebihan bagian dengan etsa, dan juga menambahkan beberapa bahan untuk memisahkan perangkat yang berbeda. Setiap transistor atau sel memori dibangun selangkah demi selangkah melalui proses di atas. "Film tipis" yang kita bicarakan di sini mengacu pada "film" dengan ketebalan kurang dari 1 mikron (μm, sepersejuta meter) yang tidak dapat diproduksi dengan metode pemrosesan mekanis biasa. Proses menempatkan film yang berisi unit molekuler atau atom yang diperlukan pada wafer adalah "deposisi".

Untuk membentuk struktur semikonduktor multi-lapisan, pertama-tama kita perlu membuat tumpukan perangkat, yaitu, secara bergantian menumpuk beberapa lapisan film logam tipis (konduktif) dan film dielektrik (isolasi) pada permukaan wafer, dan kemudian menghilangkan bagian berlebih melalui proses etsa yang diulangi untuk membentuk struktur tiga dimensi. Teknik yang dapat digunakan untuk proses pengendapan meliputi deposisi uap kimia (CVD), deposisi lapisan atom (ALD), dan deposisi uap fisik (PVD), dan metode menggunakan teknik ini dapat dibagi menjadi deposisi kering dan basah.

Deposisi Uap Kimia (CVD)

Dalam deposisi uap kimia, gas prekursor bereaksi dalam ruang reaksi untuk membentuk film tipis yang melekat pada permukaan wafer dan produk sampingan yang dipompa keluar dari ruang. Deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma menggunakan plasma untuk menghasilkan gas reaktan. Metode ini mengurangi suhu reaksi, membuatnya ideal untuk struktur yang sensitif terhadap suhu. Menggunakan plasma juga dapat mengurangi jumlah deposisi, sering kali menghasilkan film berkualitas lebih tinggi.

Deposisi Lapisan Atom (ALD)

Deposisi lapisan atom membentuk film tipis dengan menyimpan hanya beberapa lapisan atom sekaligus. Kunci dari metode ini adalah untuk bersepeda langkah -langkah independen yang dilakukan dalam urutan tertentu dan mempertahankan kontrol yang baik. Melapisi permukaan wafer dengan prekursor adalah langkah pertama, dan kemudian gas yang berbeda diperkenalkan untuk bereaksi dengan prekursor untuk membentuk zat yang diinginkan pada permukaan wafer.

Deposisi Uap Fisik (PVD)

Seperti namanya, deposisi uap fisik mengacu pada pembentukan film tipis dengan cara fisik. Sputtering adalah metode deposisi uap fisik yang menggunakan plasma argon untuk sputter atom dari target dan menyimpannya di permukaan wafer untuk membentuk film tipis. Dalam beberapa kasus, film yang disimpan dapat diobati dan ditingkatkan melalui teknik seperti Ultraviolet Thermal Treatmal (UVTP).

Langkah 6: Interkoneksi

Konduktivitas semikonduktor adalah antara konduktor dan non-konduktor (yaitu isolator), yang memungkinkan kita untuk sepenuhnya mengontrol aliran listrik. Litografi berbasis wafer, proses etsa dan deposisi dapat membangun komponen seperti transistor, tetapi mereka perlu dihubungkan untuk memungkinkan transmisi dan penerimaan daya dan sinyal.

Logam digunakan untuk interkoneksi sirkuit karena konduktivitasnya. Logam yang digunakan untuk semikonduktor perlu memenuhi kondisi berikut:

· Resistivitas rendah: Karena sirkuit logam perlu melewati arus, logam di dalamnya harus memiliki resistensi rendah.

· Stabilitas termokimia: Sifat -sifat bahan logam harus tetap tidak berubah selama proses interkoneksi logam.

· Keandalan tinggi: Ketika teknologi sirkuit terintegrasi berkembang, bahkan sejumlah kecil bahan interkoneksi logam harus memiliki daya tahan yang cukup.

· Biaya manufaktur: Bahkan jika tiga kondisi pertama dipenuhi, biaya material terlalu tinggi untuk memenuhi kebutuhan produksi massal.

Proses interkoneksi terutama menggunakan dua bahan, aluminium dan tembaga.

Proses Interkoneksi Aluminium

Proses interkoneksi aluminium dimulai dengan deposisi aluminium, aplikasi fotoresis, paparan dan pengembangan, diikuti dengan etsa untuk secara selektif menghilangkan kelebihan aluminium dan fotoresis sebelum memasuki proses oksidasi. Setelah langkah -langkah di atas selesai, proses fotolitografi, etsa dan deposisi diulangi sampai interkoneksi selesai.

Selain konduktivitasnya yang sangat baik, aluminium juga mudah untuk fotolitograf, etsa, dan deposit. Selain itu, ia memiliki biaya rendah dan adhesi yang baik pada film oksida. Kerugiannya adalah mudah dikoreksi dan memiliki titik leleh yang rendah. Selain itu, untuk mencegah aluminium bereaksi dengan silikon dan menyebabkan masalah koneksi, endapan logam perlu ditambahkan ke aluminium terpisah dari wafer. Deposit ini disebut "penghalang logam".

Sirkuit aluminium dibentuk oleh deposisi. Setelah wafer memasuki ruang vakum, film tipis yang dibentuk oleh partikel aluminium akan melekat pada wafer. Proses ini disebut "deposisi uap (VD)", yang mencakup deposisi uap kimia dan deposisi uap fisik.

Proses interkoneksi tembaga

Karena proses semikonduktor menjadi lebih canggih dan ukuran perangkat menyusut, kecepatan koneksi dan sifat listrik sirkuit aluminium tidak lagi memadai, dan konduktor baru yang memenuhi ukuran dan persyaratan biaya diperlukan. Alasan pertama tembaga dapat menggantikan aluminium adalah karena memiliki resistansi yang lebih rendah, yang memungkinkan kecepatan koneksi perangkat yang lebih cepat. Tembaga juga lebih dapat diandalkan karena lebih tahan terhadap elektromigrasi, pergerakan ion logam ketika arus mengalir melalui logam, daripada aluminium.

Namun, tembaga tidak dengan mudah membentuk senyawa, membuatnya sulit untuk menguapkan dan menghapus dari permukaan wafer. Untuk mengatasi masalah ini, alih -alih etsa tembaga, kami menyimpan dan mengetsa bahan dielektrik, yang membentuk pola garis logam yang terdiri dari parit dan vias jika diperlukan, dan kemudian mengisi "pola" yang disebutkan di atas dengan tembaga untuk mencapai interkoneksi, suatu proses yang disebut "damascene".

Ketika atom tembaga terus berdifusi ke dielektrik, isolasi yang terakhir berkurang dan menciptakan lapisan penghalang yang menghalangi atom tembaga dari difusi lebih lanjut. Lapisan biji tembaga tipis kemudian dibentuk pada lapisan penghalang. Langkah ini memungkinkan elektroplating, yang merupakan pengisian pola rasio aspek tinggi dengan tembaga. Setelah mengisi, kelebihan tembaga dapat dihilangkan dengan pemolesan mekanis kimia logam (CMP). Setelah selesai, film oksida dapat disimpan, dan film berlebih dapat dihapus dengan fotolitografi dan proses etsa. Proses di atas perlu diulangi sampai interkoneksi tembaga selesai.

Dari perbandingan di atas, dapat dilihat bahwa perbedaan antara interkoneksi tembaga dan interkoneksi aluminium adalah bahwa kelebihan tembaga dihilangkan oleh CMP logam daripada etsa.

Langkah 7: Pengujian

Tujuan utama dari tes ini adalah untuk memverifikasi apakah kualitas chip semikonduktor memenuhi standar tertentu, sehingga dapat menghilangkan produk yang rusak dan meningkatkan keandalan chip. Selain itu, produk yang rusak yang diuji tidak akan memasuki langkah pengemasan, yang membantu menghemat biaya dan waktu. Electronic Die Sorting (EDS) adalah metode pengujian untuk wafer.

EDS adalah proses yang memverifikasi karakteristik listrik dari masing -masing chip dalam keadaan wafer dan dengan demikian meningkatkan hasil semikonduktor. EDS dapat dibagi menjadi lima langkah, sebagai berikut:

01 Pemantauan Parameter Listrik (EPM)

EPM adalah langkah pertama dalam pengujian chip semikonduktor. Langkah ini akan menguji setiap perangkat (termasuk transistor, kapasitor, dan dioda) yang diperlukan untuk sirkuit terintegrasi semikonduktor untuk memastikan bahwa parameter listrik mereka memenuhi standar. Fungsi utama EPM adalah untuk menyediakan data karakteristik listrik yang diukur, yang akan digunakan untuk meningkatkan efisiensi proses manufaktur semikonduktor dan kinerja produk (bukan untuk mendeteksi produk yang rusak).

02 Tes Penuaan Wafer

Tingkat cacat semikonduktor berasal dari dua aspek, yaitu tingkat cacat manufaktur (lebih tinggi pada tahap awal) dan laju cacat di seluruh siklus hidup. Tes penuaan wafer mengacu pada pengujian wafer di bawah suhu tertentu dan tegangan AC/DC untuk mengetahui produk yang mungkin memiliki cacat pada tahap awal, yaitu, untuk meningkatkan keandalan produk akhir dengan menemukan potensi cacat.

03 Deteksi

Setelah tes penuaan selesai, chip semikonduktor perlu dihubungkan ke perangkat uji dengan kartu probe, dan kemudian tes suhu, kecepatan dan gerak dapat dilakukan pada wafer untuk memverifikasi fungsi semikonduktor yang relevan. Silakan lihat tabel untuk deskripsi langkah -langkah tes tertentu.

04 Perbaikan

Perbaikan adalah langkah uji yang paling penting karena beberapa chip yang rusak dapat diperbaiki dengan mengganti komponen yang bermasalah.

05 Dotting

Chip yang gagal uji listrik telah disortir pada langkah -langkah sebelumnya, tetapi mereka masih perlu ditandai untuk membedakannya. Di masa lalu, kami perlu menandai chip yang rusak dengan tinta khusus untuk memastikan bahwa mereka dapat diidentifikasi dengan mata telanjang, tetapi sekarang sistem secara otomatis mengurutkannya sesuai dengan nilai data uji.

Langkah 8: Kemasan

Setelah beberapa proses sebelumnya, wafer akan membentuk chip persegi dengan ukuran yang sama (juga dikenal sebagai "chip tunggal"). Hal berikutnya yang harus dilakukan adalah mendapatkan chip individu dengan memotong. Chip yang baru dipotong sangat rapuh dan tidak dapat bertukar sinyal listrik, sehingga mereka perlu diproses secara terpisah. Proses ini adalah pengemasan, yang termasuk membentuk cangkang pelindung di luar chip semikonduktor dan memungkinkan mereka untuk menukar sinyal listrik dengan bagian luar. Seluruh proses pengemasan dibagi menjadi lima langkah, yaitu penggergajian wafer, lampiran chip tunggal, interkoneksi, cetakan dan pengujian pengemasan.

01 Sawing Wafer

Untuk memotong chip yang tak terhitung jumlahnya padat dari wafer, pertama -tama kita harus dengan hati -hati "menggiling" bagian belakang wafer sampai ketebalannya memenuhi kebutuhan proses pengemasan. Setelah menggiling, kita dapat memotong garis juru tulis di wafer sampai chip semikonduktor dipisahkan.

Ada tiga jenis teknologi gergaji wafer: pemotongan blade, pemotongan laser dan pemotongan plasma. Blade Dicing adalah penggunaan bilah berlian untuk memotong wafer, yang rentan terhadap panas dan puing -puing gesekan dan dengan demikian merusak wafer. Laser dicing memiliki presisi yang lebih tinggi dan dapat dengan mudah menangani wafer dengan ketebalan tipis atau jarak garis juru tulis kecil. Dicing plasma menggunakan prinsip etsa plasma, sehingga teknologi ini juga berlaku bahkan jika jarak garis juru tulis sangat kecil.

02 Lampiran Wafer Tunggal

Setelah semua chip dipisahkan dari wafer, kita perlu memasang chip individu (wafer tunggal) ke substrat (bingkai timbal). Fungsi substrat adalah untuk melindungi chip semikonduktor dan memungkinkan mereka untuk menukar sinyal listrik dengan sirkuit eksternal. Perekat pita cair atau padat dapat digunakan untuk memasang chip.

03 Interkoneksi

Setelah memasang chip ke substrat, kita juga perlu menghubungkan titik kontak keduanya untuk mencapai pertukaran sinyal listrik. Ada dua metode koneksi yang dapat digunakan dalam langkah ini: ikatan kawat menggunakan kabel logam tipis dan ikatan chip flip menggunakan blok emas bola atau blok timah. Ikatan kawat adalah metode tradisional, dan teknologi ikatan chip flip dapat mempercepat manufaktur semikonduktor.

04 cetakan

Setelah menyelesaikan koneksi chip semikonduktor, proses pencetakan diperlukan untuk menambahkan paket ke luar chip untuk melindungi sirkuit terintegrasi semikonduktor dari kondisi eksternal seperti suhu dan kelembaban. Setelah cetakan paket dibuat sesuai kebutuhan, kita perlu memasukkan chip semikonduktor dan senyawa cetakan epoksi (EMC) ke dalam cetakan dan menyegelnya. Chip yang disegel adalah bentuk terakhir.

05 Tes Kemasan

Chip yang sudah memiliki bentuk akhir mereka juga harus lulus tes cacat akhir. Semua chip semikonduktor yang sudah selesai yang memasuki tes akhir adalah chip semikonduktor selesai. Mereka akan ditempatkan di peralatan uji dan mengatur kondisi yang berbeda seperti tegangan, suhu dan kelembaban untuk uji listrik, fungsional dan kecepatan. Hasil tes ini dapat digunakan untuk menemukan cacat dan meningkatkan kualitas produk dan efisiensi produksi.

Evolusi Teknologi Pengemasan

Ketika ukuran chip berkurang dan persyaratan kinerja meningkat, pengemasan telah mengalami banyak inovasi teknologi dalam beberapa tahun terakhir. Beberapa teknologi pengemasan dan solusi yang berorientasi masa depan meliputi penggunaan deposisi untuk proses back-end tradisional seperti Wafer-Level Packaging (WLP), Proses Bumping dan Teknologi Lapisan Redistribusi (RDL), serta teknologi etsa dan pembersihan untuk pembuatan wafer front-end.

Apa itu kemasan lanjutan?

Kemasan tradisional membutuhkan setiap chip untuk dipotong dari wafer dan ditempatkan dalam cetakan. Wafer-Level Packaging (WLP) adalah jenis teknologi pengemasan canggih, yang mengacu pada pengemasan chip secara langsung masih di wafer. Proses WLP adalah untuk mengemas dan menguji terlebih dahulu, dan kemudian memisahkan semua chip yang dibentuk dari wafer pada satu waktu. Dibandingkan dengan kemasan tradisional, keuntungan WLP adalah biaya produksi yang lebih rendah.

Kemasan lanjutan dapat dibagi menjadi kemasan 2D, kemasan 2.5D dan kemasan 3D.

Kemasan 2D yang lebih kecil

Seperti yang disebutkan sebelumnya, tujuan utama dari proses pengemasan termasuk mengirim sinyal chip semikonduktor ke luar, dan benjolan yang terbentuk pada wafer adalah titik kontak untuk mengirim sinyal input/output. Benjolan ini dibagi menjadi fan-in dan fan-out. Bekas kipas berbentuk di dalam chip, dan yang terakhir berbentuk kipas berada di luar kisaran chip. Kami memanggil sinyal input/output I/O (input/output), dan jumlah input/output disebut jumlah I/O. Hitungan I/O adalah dasar penting untuk menentukan metode pengemasan. Jika jumlah I/O rendah, kemasan kipas digunakan. Karena ukuran chip tidak berubah banyak setelah pengemasan, proses ini juga disebut chip-scale packaging (CSP) atau wafer-level-scale packaging (WLCSP). Jika jumlah I/O tinggi, kemasan fan-out biasanya digunakan, dan lapisan redistribusi (RDL) diperlukan selain benjolan untuk memungkinkan routing sinyal. Ini adalah "Kemasan Level Wafer Fan-Out (FOWLP)."

Kemasan 2.5D

Teknologi pengemasan 2.5D dapat menempatkan dua atau lebih jenis chip ke dalam satu paket sambil memungkinkan sinyal untuk dialihkan secara lateral, yang dapat meningkatkan ukuran dan kinerja paket. Metode pengemasan 2.5D yang paling banyak digunakan adalah memasukkan chip memori dan logika ke dalam satu paket melalui interposer silikon. Kemasan 2.5D membutuhkan teknologi inti seperti vias melalui-silikon (TSV), benjolan mikro, dan RDL pitch halus.

Kemasan 3D

Teknologi pengemasan 3D dapat menempatkan dua atau lebih jenis chip ke dalam satu paket sambil memungkinkan sinyal untuk dialihkan secara vertikal. Teknologi ini cocok untuk chip semikonduktor penghitungan I/O yang lebih kecil dan lebih tinggi. TSV dapat digunakan untuk chip dengan jumlah I/O yang tinggi, dan ikatan kawat dapat digunakan untuk chip dengan jumlah I/O rendah, dan pada akhirnya membentuk sistem sinyal di mana chip diatur secara vertikal. Teknologi inti yang diperlukan untuk kemasan 3D termasuk TSV dan teknologi mikro-bump.

Sejauh ini, delapan langkah pembuatan produk semikonduktor "Pemrosesan Wafer - Oksidasi - Photolithography - Etching - Deposisi Film Tipis - Interkoneksi - Pengujian - Pengemasan" telah sepenuhnya diperkenalkan. Dari "pasir" ke "chip", teknologi semikonduktor melakukan versi nyata "mengubah batu menjadi emas".

---

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