Kiibitootmise protsessi täielik selgitus (2/2): vahvlilt pakendamise ja testimiseni

Iga pooljuhttoote tootmine nõuab sadu protsesse ja kogu tootmisprotsess jaguneb kaheksaks etapp:vahvli töötlemine - oksüdatsioon - fotolitograafia - söövitus - õhuke kile ladestumine - ühendamine - testimine - pakendamine.

---

5. samm: õhuke kilede ladestumine

Mikroseadmete loomiseks kiibis peame pidevalt õhukeste kihtide kihid ja eemaldama liigsed osad söövitades ning lisama ka materjalid erinevatesse seadmete eraldamiseks. Iga transistor või mäluelement on ülaltoodud protsessi samm -sammult üles ehitatud. "Õhuke kile", millest me siin räägime, viitab "kilele" paksusega alla 1 mikroni (μm, miljon meetrit), mida ei saa tavaliste mehaaniliste töötlemismeetodite abil toota. Vajalike molekulaarsete või aatomiüksuste vahvlile sisaldava kile paigutamise protsess on "sadestumine".

Mitmekihilise pooljuhtide struktuuri moodustamiseks peame kõigepealt valmistama seadme virna, see tähendab vaheldumisi mitme kihi õhukese metalli (juhtivate) kilede ja dielektriliste (isoleerivate) kilede vaheldumisi vahvli pinnale ja seejärel eemaldama ülemäärased osad läbi korduvate söögikohtade, moodustades kolmemõõtmelise struktuuri. Tehnikad, mida saab sadestusprotsesside jaoks kasutada, hõlmavad keemilist aurude ladestumist (CVD), aatomkihi sadestumist (ALD) ja füüsikalist aurude sadestamist (PVD) ning neid tehnikaid kasutavaid meetodeid saab jagada kuivaks ja märjaks ladestumiseks.

Keemiline aurude ladestumine (CVD)

Keemilise aurude sadestumisel reageerivad eelkäijad gaasid reaktsioonikambris, moodustades kambrist välja pumbatud vahvli pinnale kinnitatud õhukese kile. Plasma täiustatud keemiline aurude ladestumine kasutab reagentide genereerimiseks plasmat. See meetod vähendab reaktsiooni temperatuuri, muutes selle ideaalseks temperatuuri tundlike struktuuride jaoks. Plasma kasutamine võib vähendada ka ladestumiste arvu, mille tulemuseks on sageli kõrgemad filmid.

Aatomkihi ladestumine (ALD)

Aatomikihi sadestumine moodustab õhukesed kiled, ladestades korraga vaid mõned aatomikihid. Selle meetodi võti on sõltumatute sammude tsüklimine, mis teostatakse teatud järjekorras ja säilitada hea kontroll. Vahvli pinna katmine eelkäijaga on esimene samm ja seejärel võetakse kasutusele erinevad gaasid, et reageerida eelkäijaga, moodustades soovitud aine vahvli pinnale.

Füüsiline aurude sadestumine (PVD)

Nagu nimigi viitab, viitab füüsiline aurude sadestumine õhukeste kilede moodustumisele füüsiliste vahenditega. Pritsimine on füüsiline aurude sadestusmeetod, mis kasutab argooni plasmat sihtmärgi aatomite pritsimiseks ja ladestub need õhukese kile moodustamiseks vahvli pinnale. Mõnel juhul saab deponeeritud kilet ravida ja parandada selliste tehnikate abil nagu ultraviolett -termiline ravi (UVTP).

6. samm: ühendamine

Pooljuhtide juhtivus on juhtmete ja mittejuhtmete (s.o isolaatorid) vahel, mis võimaldab meil elektrienergia voogu täielikult kontrollida. Vahvlipõhine litograafia, söövitus- ja ladestumisprotsessid võivad ehitada komponente nagu transistorid, kuid need peavad olema ühendatud, et võimaldada jõu ja signaalide edastamist ja vastuvõtmist.

Metalle kasutatakse vooluringi ühendamiseks nende juhtivuse tõttu. Pooljuhtide jaoks kasutatavad metallid peavad vastama järgmistele tingimustele:

· Madal takistus: Kuna metalliahelad peavad voolu läbima, peaks neis olevatel metallidel olema madal takistus.

· Termokeemiline stabiilsus: Metallimaterjalide omadused peavad metalli ühendamise käigus muutuma.

· Suur usaldusväärsus: Kuna integreeritud vooluahela tehnoloogia areneb, peab isegi väikestes kogustes metallide omavahel ühendatud materjale olema piisav vastupidavus.

· Tootmiskulud: Isegi kui kolm esimest tingimust on täidetud, on materjali maksumus masstootmise vajaduste rahuldamiseks liiga kõrge.

Ühendamisprotsess kasutab peamiselt kahte materjali, alumiiniumist ja vaske.

Alumiiniumist ühendamise protsess

Alumiiniumi ühendamise protsess algab alumiiniumist sadestumisega, fotoresistide kasutamise, kokkupuute ja arenguga, millele järgneb söövitus, et enne oksüdatsiooniprotsessi sisenemist valikuliselt eemaldada mis tahes liigse alumiiniumi ja fotoresisti. Pärast ülaltoodud sammude lõpuleviimist korratakse fotolitograafia, söövitamise ja ladestumise protsesse kuni ühenduse lõpuni.

Lisaks suurepärasele juhtivusele on alumiiniumi hõlpsasti fotolitograafi, söövitamise ja hoiustamise jaoks lihtne. Lisaks on sellel oksiidi kilega madal ja hea adhesioon. Selle puudused on see, et seda on lihtne söövitada ja sellel on madal sulamistemperatuur. Lisaks sellele, et alumiiniumi reageerida räniga ja põhjustada ühendusprobleeme, tuleb alumiiniumi eraldamiseks vahvlist lisada metalli ladestused. Seda maardlat nimetatakse "barjäärmetalliks".

Alumiiniumist vooluahelad moodustatakse sadestumisega. Pärast vahvli sisenemist vaakumkambrisse kleepub vahvlile alumiiniumist osakeste moodustatud õhuke kile. Seda protsessi nimetatakse "aurude sadestumiseks (VD)", mis hõlmab keemilist aurude ladestumist ja füüsikalist aurude ladestumist.

Vase ühendamise protsess

Kuna pooljuhtide protsessid muutuvad keerukamaks ja seadme suurused kahanevad, pole alumiiniumskeemide ühenduse kiirus ja elektrilised omadused enam piisavad ning vaja on uusi juhiseid, mis vastavad nii suurusele kui ka kulunõuetele. Esimene põhjus, miks vask võib asendada alumiiniumi, on see, et sellel on madalam takistus, mis võimaldab seadme kiiremat ühenduse kiirust. Vask on ka usaldusväärsem, kuna see on vastupidavam elektromigratsioonile, metalliioonide liikumine, kui vool voolab läbi metalli kui alumiiniumi.

Kuid vask ei moodusta ühendeid hõlpsalt, muutes vahvli pinna aurustamise ja eemaldamise keeruliseks. Selle probleemi lahendamiseks ladestame vase söövitamise asemel dielektrilised materjalid, mis moodustavad vajadusel kraavidest ja VIA -dest koosnevad metalljoone mustrid, ning täidame seejärel eelnimetatud "mustrid" vasega, et saavutada omavaheline ühendamine, protsess, mida nimetatakse "Damascane".

Kuna vaseaatomid hajuvad jätkuvalt dielektrikuks, väheneb viimase isolatsioon ja loob tõkkekihi, mis blokeerib vaseaatomid edasisest difusioonist. Seejärel moodustatakse tõkkekihil õhuke vaskseemne kiht. See samm võimaldab elektroplaanimist, mis on vasega kõrge kuvasuhte mustrite täitmine. Pärast täitmist saab liigse vase eemaldada metalli keemilise mehaanilise poleerimise (CMP) abil. Pärast valmimist saab deponeerida oksiidkile ja liigse kile saab fotolitograafia ja söövitusprotsesside abil eemaldada. Ülaltoodud protsessi tuleb korrata, kuni vase ühendamine on lõpule viidud.

Ülaltoodud võrdlusest on näha, et erinevus vase ja alumiiniumi ühendamise vahel on see, et ülemäärane vask eemaldatakse pigem metallist CMP, mitte söövitamise.

7. samm: testimine

Testi peamine eesmärk on kontrollida, kas pooljuhtide kiibi kvaliteet vastab teatud standardile, et kõrvaldada puudused tooted ja parandada kiibi töökindlust. Lisaks ei sisesta testitud defektsed tooted pakendi etappi, mis aitab säästa kulusid ja aega. Elektrooniline die sorteerimine (EDS) on vahvlite katsemeetod.

EDS on protsess, mis kontrollib vahvli olekus iga kiibi elektrilisi omadusi ja parandab seeläbi pooljuhtide saagikust. EDS saab jagada viieks etapiks, järgmiselt:

01 Elektriparameetri jälgimine (EPM)

EPM on pooljuhtide kiibide testimisel esimene samm. Selles etapis testib pooljuhtide integreeritud vooluringide jaoks vajalikke seadmeid (sealhulgas transistorid, kondensaatorid ja dioodid), et tagada nende elektriparameetrid standarditele. EPM -i peamine funktsioon on anda mõõdetud elektrilistele karakteristikud, mida kasutatakse pooljuhtide tootmisprotsesside tõhususe parandamiseks ja toote jõudluse (mitte defektsete toodete tuvastamiseks) tõhususe parandamiseks.

02 vahvli vananemise test

Pooljuhtide defektide määr pärineb kahest aspektist, nimelt tootmisdefektide määr (kõrgem varases staadiumis) ja defektide määr kogu elutsüklis. Vahvli vananemise test viitab vahvli testimisele teatud temperatuuri ja vahelduvvoolu/alalisvoolu pinge all, et teada saada tooteid, millel võib varases staadiumis puudusi olla, see tähendab, et parandada lõpptoote usaldusväärsust, avastades võimalikud defektid.

03 tuvastamine

Pärast vananemiskatse lõpuleviimist tuleb pooljuhtide kiip ühendada katseseadmega sondikaardiga ning seejärel saab vahvlil temperatuuri, kiiruse ja liikumistestid teha, et kontrollida vastavaid pooljuhtide funktsioone. Konkreetsete katseetappide kirjelduse leiate tabelist.

04 Remont

Remont on kõige olulisem katsetapp, kuna problemaatiliste komponentide asendamisega saab mõningaid puudulikke kiipi parandada.

05 DOTTING

Elektriproovi ebaõnnestunud laastud on eelmistes sammudes sorteeritud, kuid nende eristamiseks tuleb neid siiski tähistada. Varem pidime tähistama defektsed kiibid spetsiaalse tindiga, et tagada nende tuvastamine palja silmaga, kuid nüüd sorteerib süsteem need automaatselt vastavalt testiandmete väärtusele.

8. samm: pakend

Pärast eelmist mitut protsessi moodustavad vahvel võrdse suurusega ruudukujulised kiibid (tuntud ka kui "üksikud laastud"). Järgmine asi, mida teha, on üksikute kiipide hankimine lõikamisega. Äsja lõigatud laastud on väga habrased ja ei saa elektrilisi signaale vahetada, seetõttu tuleb neid eraldi töödelda. See protsess on pakend, mis hõlmab kaitsekesta moodustamist väljaspool pooljuhtide kiipi ja võimaldab neil vahetada elektrilisi signaale välisküljega. Kogu pakendiprotsess on jagatud viieks etapiks, nimelt vahvli saagimine, ühe kiibi kinnitus, ühendamine, vormimine ja pakendite testimine.

01 vahvli saagimine

Lugematute vahvli krõpsude lõikamiseks peame kõigepealt vahvli tagaosa hoolikalt "lihvima", kuni selle paksus vastab pakendiprotsessi vajadustele. Pärast lihvimist saame lõigata mööda vahvli kirjutaja joont, kuni pooljuhtide kiip on eraldatud.

Seal on kolme tüüpi vahvlite saagimistehnoloogia: tera lõikamine, laseri lõikamine ja plasma lõikamine. Tera kuubikumine on teemanttera kasutamine vahvli lõikamiseks, mis on kalduvus hõõrdeküljele ja prahile ning kahjustab seeläbi vahvlit. Laser -kuuping on suurem täpsus ja see suudab hõlpsalt käsitseda õhukese paksusega või väikese kirjatundja vahega vahvleid. Plasma kuupindamine kasutab plasma söövitamise põhimõtet, seega on see tehnoloogia rakendatav ka siis, kui kirjatundja liini vahekaugus on väga väike.

02 Ühe vahvli kinnitus

Pärast seda, kui kõik kiibid on vahvlist eraldatud, peame üksikud kiibid (üksikud vahvlid) substraadi külge kinnitama (pliiraam). Substraadi funktsioon on kaitsta pooljuhtide kiipe ja võimaldada neil vahetada elektrilisi signaale väliste vooluahelatega. Lakkide kinnitamiseks saab kasutada vedelaid või tahkeid linde.

03 ühendus

Pärast kiibi kinnitamist substraadile peame elektrisignaali vahetuse saavutamiseks ühendama ka nende kahe kontaktpunktid. Selles etapis saab kasutada kahte ühendusmeetodit: traadi sidumine õhukese metallijuhtmete ja klappide sidumise abil sfääriliste kuldplokkide või tinaplokkide abil. Traatsideerimine on traditsiooniline meetod ja klappide sidumistehnoloogia võib pooljuhtide tootmist kiirendada.

04 Vormimine

Pärast pooljuhtide kiibi ühenduse lõpetamist on vaja vormimisprotsessi, et lisada kiibi väliskülge, et kaitsta pooljuhtide integreeritud vooluringi väliste tingimuste, näiteks temperatuuri ja niiskuse eest. Pärast pakendi vormi valmistamist vastavalt vajadusele peame panema pooljuhtide kiibi ja epoksüvormi ühendi (EMC) vormi ja sulgege see. Pitseeritud kiip on lõplik vorm.

05 Pakendikatse

Kiibid, millel on juba oma lõplik vorm, peavad läbima ka lõpliku defekti testi. Kõik viimistletud pooljuhtide kiibid, mis sisenevad lõplikku testi, on valmis pooljuhtide kiibid. Need paigutatakse katseseadmetesse ja seavad elektri-, funktsionaalsete ja kiirustestide jaoks erinevad tingimused, nagu pinge, temperatuur ja niiskus. Nende testide tulemusi saab kasutada defektide leidmiseks ning toote kvaliteedi ja tootmise tõhususe parandamiseks.

Pakenditehnoloogia areng

Kuna kiibi suurus väheneb ja jõudlusnõuded suurenevad, on pakendid viimastel aastatel teinud palju tehnoloogilisi uuendusi. Mõned tulevikule orienteeritud pakenditehnoloogiad ja lahendused hõlmavad sadestumise kasutamist selliste traditsiooniliste tagakülgprotsesside jaoks, näiteks vahvlitaseme pakendamine (WLP), põrutusprotsessid ja ümberjaotuskihi (RDL) tehnoloogia, samuti söövitus- ja puhastustehnoloogiad vahvlite valmistamiseks.

Mis on täiustatud pakend?

Traditsiooniline pakend nõuab, et iga kiip lõigatakse vahvlist välja ja asetage vormi. Vahvlitaseme pakend (WLP) on teatud tüüpi täiustatud pakenditehnoloogia, mis viitab kiibi otsese pakendamisele vahvlile. WLP protsess on kõigepealt pakkida ja testida ning seejärel eraldada kõik moodustunud kiibid korraga vahvlist. Võrreldes traditsioonilise pakendiga on WLP eelis madalamad tootmiskulud.

Täiustatud pakendi saab jagada 2D -pakendiks, 2,5D -pakendiks ja 3D -pakendiks.

Väiksem 2D pakend

As mentioned earlier, the main purpose of the packaging process includes sending the signal of the semiconductor chip to the outside, and the bumps formed on the wafer are the contact points for sending input/output signals. These bumps are divided into fan-in and fan-out. The former fan-shaped is inside the chip, and the latter fan-shaped is beyond the chip range. We call the input/output signal I/O (input/output), and the number of input/output is called I/O count. I/O count is an important basis for determining the packaging method. If the I/O count is low, fan-in packaging is used. Since the chip size does not change much after packaging, this process is also called chip-scale packaging (CSP) or wafer-level chip-scale packaging (WLCSP). If the I/O count is high, fan-out packaging is usually used, and redistribution layers (RDLs) are required in addition to bumps to enable signal routing. This is "fan-out wafer-level packaging (FOWLP)."

2.5D pakend

2.5D pakenditehnoloogia võib panna kaks või enamat tüüpi kiipi ühte paketti, võimaldades samal ajal signaale külgsuunas suunata, mis võib suurendada paketi suurust ja jõudlust. Kõige laialdasemalt kasutatav 2,5D pakendimeetod on mälu ja loogikakiipide panemine ühesse paketti räni interposeri kaudu. 2.5D Pakend nõuab põhitehnoloogiaid, näiteks läbi Silicon Vias (TSV), mikropunnid ja peenpitk RDL-id.

3D -pakend

3D -pakenditehnoloogia võib panna kaks või enamat tüüpi kiipi ühte paketti, võimaldades samal ajal signaale vertikaalselt suunata. See tehnoloogia sobib väiksemate ja kõrgemate I/O loendite pooljuhtide jaoks. TSV -d saab kasutada kõrge I/O loendusega laastude jaoks ja traatsidemeid saab kasutada madala I/O loendusega laastude jaoks ja lõpuks moodustada signaalsüsteem, milles kiibid on vertikaalselt paigutatud. 3D-pakendi jaoks vajalikud põhitehnoloogiad hõlmavad TSV ja mikro-bump-tehnoloogiat.

Siiani on pooljuhtide tootmise "vahvli töötlemine - oksüdatsioon - fotolitograafia - söövitus - õhuke kile ladestumine - ühendamine - testimine - pakend" on täielikult tutvustatud. Alates "liivast" kuni "laastudeni" teeb pooljuhtide tehnoloogia "kivide keeramise kuldseks" reaalse versiooni.

---

Vetek Semiconductor on Hiina professionaalne tootjaTantaalkarbiidikate, Räni karbiidikate, Spetsiaalne grafiit, Räni karbiidi keraamikajaMuud pooljuhtide keraamika. Vetek Semiconductor on pühendunud täiustatud lahenduste pakkumisele erinevatele SIC -vahvlite toodetele pooljuhtide tööstusele.

Kui olete huvitatud ülaltoodud toodetest, võtke meiega otse ühendust.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -post: anny@veteksemi.com