Úplné vysvětlení procesu výroby čipů (2/2): od oplatky po balení a testování

Výroba každého polovodičového produktu vyžaduje stovky procesů a celý výrobní proces je rozdělen do osmi kroků:Zpracování oplatky - oxidace - fotolitografie - leptání - depozice tenkých filmů - propojení - testování - balení.

---

Krok 5: Depozice tenkého filmu

Abychom mohli vytvořit mikro zařízení uvnitř čipu, musíme nepřetržitě ukládat vrstvy tenkých filmů a odstranit přebytečné části leptání a také přidat některé materiály k oddělení různých zařízení. Každá tranzistorová nebo paměťová buňka je vytvořena krok za krokem výše uvedeným procesem. „Tenký film“, o kterém zde mluvíme, se týká „filmu“ s tloušťkou menší než 1 mikron (μm, jedna miliontka metru), kterou nelze vyrobit běžnými metodami mechanického zpracování. Proces umístění filmu obsahujícího požadované molekulární nebo atomové jednotky na oplatku je „depozice“.

Abychom vytvořili vícevrstvou polovodičovou strukturu, musíme nejprve vytvořit zásobník zařízení, tj. Střídavě stohování více vrstev tenkých kovových (vodivých) filmů a dielektrických (izolačních) filmů na povrchu oplatky, a poté odstranit nadbytečné části opakovanými leptacími procesy, aby se vytvořily trojrozměrné struktury. Techniky, které lze použít pro depoziční procesy, zahrnují depozice chemických par (CVD), depozice atomové vrstvy (ALD) a fyzikální depozice par (PVD) a metody pomocí těchto technik lze rozdělit do suché a mokré depozice.

Depozice chemických par (CVD)

V chemické depozici par reagují prekurzorové plyny v reakční komoře za vzniku tenkého filmu připojeného k povrchu oplatky a vedlejších produktů, které jsou čerpány z komory. Plazmatická chemická depozice páry používá plazmu k vytvoření reakčních plynů. Tato metoda snižuje reakční teplotu, takže je ideální pro struktury citlivé na teplotu. Použití plazmy může také snížit počet depozic, což často vede k kvalitnějším filmům.

Depozice atomové vrstvy (ALD)

Depozice atomové vrstvy tvoří tenké filmy uložením pouze několika atomových vrstev najednou. Klíčem k této metodě je cyklovat nezávislé kroky, které jsou prováděny v určitém pořadí a udržovat dobrou kontrolu. Prvním krokem je potahování povrchu oplatky prekurzorem a poté jsou zavedeny různé plyny, které reagují s prekurzorem za vzniku požadované látky na povrchu oplatky.

Fyzikální depozice páry (PVD)

Jak název napovídá, depozice fyzické páry odkazuje na tvorbu tenkých filmů fyzickým způsobem. Rozprašování je metoda fyzické depozice páry, která používá argonovou plazmu k atomům rozprašování z cíle a vložte je na povrch oplatky za účelem vytvoření tenkého filmu. V některých případech může být usazený film ošetřen a vylepšen technikami, jako je ultrafialové tepelné ošetření (UVTP).

Krok 6: Propojení

Vodivost polovodičů je mezi vodiči a nevodiče (tj. Izolátory), což nám umožňuje plně ovládat tok elektřiny. Procesy litografie, leptání a depozice založené na oplách mohou vytvářet komponenty, jako jsou tranzistory, ale musí být připojeny, aby umožnily přenos a příjem energie a signálů.

Kovy se používají pro propojení obvodů kvůli jejich vodivosti. Kovy používané pro polovodiče musí splňovat následující podmínky:

· Nízký odpor: Vzhledem k tomu, že kovové obvody musí projít proudem, měly by kovy v nich nízkou odolnost.

· Termochemická stabilita: Vlastnosti kovových materiálů se musí během procesu propojení kovů nezměněny.

· Vysoká spolehlivost: Jak se vyvíjí technologie integrovaného obvodu, musí mít i malé množství kovových propojovacích materiálů dostatečnou odolnost.

· Výrobní náklady: I když jsou splněny první tři podmínky, náklady na materiál jsou příliš vysoké na to, aby vyhovovaly potřebám hromadné výroby.

Proces propojení používá hlavně dva materiály, hliník a měď.

Proces propojení hliníku

Proces propojení hliníku začíná ukládáním hliníku, fotorezistickou aplikací, expozicí a vývojem a následně leptání selektivním odstraněním jakéhokoli přebytečného hliníku a fotorezistu před vstupem do oxidačního procesu. Po dokončení výše uvedených kroků se procesy fotolitografie, leptání a depozice opakují, dokud není propojení dokončeno.

Kromě své vynikající vodivosti je hliník také snadno fotolitografický, leptaný a vklad. Kromě toho má nízkonákladovou a dobrou adhezi oxidového filmu. Jeho nevýhody spočívají v tom, že je snadné korodovat a má nízký bod tání. Kromě toho, aby se zabránilo reagování hliníku s křemíkem a způsobovalo problémy s připojením, je třeba přidat kovové usazeniny, aby se oddělil hliník od oplatky. Tento vklad se nazývá „bariérový kov“.

Hliníkové obvody jsou tvořeny depozicí. Poté, co oplatka vstoupí do vakuové komory, bude tenký film vytvořený hliníkovými částicemi přilnavý na oplatku. Tento proces se nazývá „depozice páry (VD)“, který zahrnuje depozice chemických párů a ukládání fyzikální páry.

Proces propojení mědi

Vzhledem k tomu, že se polovodičové procesy stávají sofistikovanějšími a velikosti zařízení se zmenšují, rychlost připojení a elektrické vlastnosti hliníkových obvodů již nejsou dostatečné a jsou zapotřebí nové vodiče, které splňují požadavky na velikost i náklady. Prvním důvodem, proč může měď nahradit hliník, je to, že má nižší odpor, což umožňuje rychlejší rychlosti připojení zařízení. Měď je také spolehlivější, protože je odolnější vůči elektromigraci, pohyb kovových iontů, když proud protéká kovem, než hliník.

Měď však snadno netvoří sloučeniny, což ztěžuje odpařování a odstranění z povrchu oplatky. Abychom tento problém vyřešili, místo leptání mědi ukládáme a leptáme dielektrické materiály, které tvoří kovové liniové vzory sestávající z zákopů a průchodů v případě potřeby, a poté vyplníme výše uvedené „vzory“ mědi, abychom dosáhli propojení, proces zvaný „Damascene“.

Jak atomy mědi nadále rozptylují do dielektriku, izolace jeho snižuje a vytváří bariérovou vrstvu, která blokuje atomy mědi z další difúze. Na vrstvě bariéry se pak vytvoří tenká vrstva mědi. Tento krok umožňuje elektrické vylepšení, což je vyplňování vysokých vzorců poměru stran mědi. Po plnění může být přebytečná měď odstraněna kovovým chemickým mechanickým leštěním (CMP). Po dokončení může být oxidový film uložen a přebytečný film může být odstraněn fotolitografií a leptacími procesy. Výše uvedený proces musí být opakován, dokud není dokončeno propojení mědi.

Z výše uvedeného srovnání je vidět, že rozdíl mezi propojením mědi a propojením hliníku je, že přebytek měď je odstraněn spíše kovovým CMP než leptání.

Krok 7: Testování

Hlavním cílem testu je ověřit, zda kvalita polovodičového čipu splňuje určitý standard, aby se eliminoval vadné produkty a zlepšil spolehlivost čipu. Kromě toho se testované vadné produkty nevstoupí do kroku balení, což pomáhá ušetřit náklady a čas. Elektronické třídění die (eds) je testovací metoda pro oplatky.

EDS je proces, který ověřuje elektrické vlastnosti každého čipu ve stavu oplatky, a tím zlepšuje výnos polovodiče. ED lze rozdělit do pěti kroků, následovně:

01 Monitorování elektrických parametrů (EPM)

EPM je prvním krokem v testování polovodičů. Tento krok testuje každé zařízení (včetně tranzistorů, kondenzátorů a diod) potřebné pro integrované obvody polovodičů, aby se zajistilo, že jejich elektrické parametry splňují standardy. Hlavní funkcí EPM je poskytovat měřená elektrická charakteristická data, která budou použita ke zlepšení účinnosti výrobních procesů polovodičů a výkonnosti produktu (ne k detekci vadných produktů).

02 Test stárnutí z oplatky

Rychlost defektu polovodiče pochází ze dvou aspektů, jmenovitě rychlost výrobních vad (vyšší v rané fázi) a rychlosti defektů v celém životním cyklu. Test stárnutí oplatky se týká testování oplatky při určité teplotě a napětí AC/DC, aby se zjistilo produkty, které mohou mít defekty v rané fázi, tj. Pro zlepšení spolehlivosti konečného produktu objevováním potenciálních vad.

03 Detekce

Po dokončení testu stárnutí musí být polovodičový čip připojen k testovacímu zařízení pomocí sondové karty a poté lze na optici provést testy teploty, rychlosti a pohybu, aby se ověřily příslušné polovodičové funkce. Popis konkrétních testovacích kroků naleznete v tabulce.

04 Oprava

Oprava je nejdůležitějším testovacím krokem, protože některé vadné čipy lze opravit nahrazením problematických komponent.

05 tečkování

Čipy, které selhaly v elektrickém testu, byly vyřešeny v předchozích krocích, ale stále je třeba je označit, aby je rozlišily. V minulosti jsme museli označit vadné čipy speciálním inkoustem, abychom zajistili, že je lze identifikovat pouhým okem, ale nyní je systém automaticky třídí podle hodnoty testovacích dat.

Krok 8: Balení

Po několika předchozích procesech vytvoří oplatka čtvercová čipy stejné velikosti (také známé jako „jednotlivé čipy“). Další věcí, kterou musíte udělat, je získat jednotlivé čipy řezáním. Nově řezané čipy jsou velmi křehké a nemohou si vyměňovat elektrické signály, takže je třeba je zpracovat samostatně. Tento proces je balení, které zahrnuje vytvoření ochranné skořepiny mimo polovodičový čip a umožňující jim výměnu elektrických signálů venku. Celý proces balení je rozdělen do pěti kroků, jmenovitě řezání oplatky, připojení jednoho čipu, propojení, formování a testování balení.

01 Síně destičky

Abychom snížili nespočet hustě uspořádaných čipů z oplatky, musíme nejprve pečlivě „rozdrtit“ zadní část oplatky, dokud jeho tloušťka nesplňuje potřeby procesu balení. Po broušení můžeme řezat podél písařské linie na oplatce, dokud se polovodičový čip oddělí.

Existují tři typy technologie řezání oplatky: řezání čepele, řezání laseru a řezání plazmy. Dicing čepele je použití diamantové čepele k řezání oplatky, která je náchylná k třecímu teplu a zbytkům, a tak poškozuje oplatku. Laserová kočka má vyšší přesnost a může snadno zvládnout oplatky s tenkou tloušťkou nebo malým mezerám linie. Plazmová kočka používá princip leptání plazmy, takže tato technologie je také použitelná, i když je mezera písařů velmi malá.

02 Jednorázová příloha

Poté, co jsou všechny čipy odděleny od oplatky, musíme připojit jednotlivé čipy (jednotlivé oplatky) k substrátu (olověný rám). Funkcí substrátu je chránit polovodičové čipy a umožnit jim vyměňovat elektrické signály s vnějšími obvody. K připevnění čipů lze použít kapalné nebo pevné lepidla.

03 Propojení

Po připojení čipu k substrátu musíme také připojit kontaktní body obou, abychom dosáhli výměny elektrického signálu. V tomto kroku lze použít dvě metody připojení: drátěné vazby pomocí tenkých kovových vodičů a lepení čipu pomocí sférických zlatých bloků nebo cínových bloků. Drátěné vazby je tradiční metoda a technologie flip chip lepení může urychlit výrobu polovodičů.

04 FOLMING

Po dokončení připojení polovodičového čipu je zapotřebí procesu formování k přidání balíčku na vnější stranu čipu, aby se chránil integrovaný obvod polovodiče před vnějšími podmínkami, jako je teplota a vlhkost. Poté, co je plíseň vytvořena podle potřeby, musíme do formy vložit polovodičový čip a epoxidovou formovací sloučeninu (EMC) a utěsnit. Uzavřený čip je konečná forma.

05 Test balení

Čipy, které již měly konečnou podobu, musí také projít konečným testem vady. Všechny hotové polovodičové čipy, které vstupují do závěrečného testu, jsou dokončeny polovodičové čipy. Budou umístěny do zkušebního zařízení a stanoví různé podmínky, jako je napětí, teplota a vlhkost pro elektrické, funkční a rychlostní testy. Výsledky těchto testů lze použít k nalezení vad a ke zlepšení kvality produktu a efektivity produkce.

Vývoj technologie balení

Jak se zmenšuje velikost čipů a požadavky na výkon, balení v posledních několika letech prošlo mnoho technologických inovací. Některé technologie a řešení obalových technologií zaměřených na budoucnost zahrnují použití depozice pro tradiční back-end procesy, jako je balení na úrovni oplatky (WLP), narážející procesy a technologie redistribuční vrstvy (RDL), jakož i technologie leptání a čištění pro výrobu front-end.

Co je to pokročilé obaly?

Tradiční balení vyžaduje, aby byl každý čip vyříznut z oplatky a umístěn do formy. Balení na úrovni oplatky (WLP) je typ pokročilé technologie balení, která odkazuje na přímé zabalení čipu stále na oplatce. Proces WLP je nejprve zabalit a otestovat a poté oddělit všechny vytvořené čipy od oplatky najednou. Ve srovnání s tradičním obalem jsou výhodou WLP nižší výrobní náklady.

Pokročilé obaly lze rozdělit do 2D balení, 2,5D balení a 3D balení.

Menší 2D balení

Jak již bylo zmíněno dříve, hlavním účelem procesu balení zahrnuje odeslání signálu polovodičového čipu na vnější stranu a hrboly vytvořené na oplatce jsou kontaktními body pro odesílání vstupních/výstupních signálů. Tyto hrboly jsou rozděleny do ventilátoru a ventilátoru. Bývalý ve tvaru ventilátoru je uvnitř čipu a posledně uvedený ventilátor je mimo rozsah čipů. Voláme vstupní/výstupní signál I/O (vstup/výstup) a počet vstupů/výstupu se nazývá I/O Count. Počet I/O je důležitým základem pro stanovení metody balení. Pokud je počet I/O nízký, použije se balení ventilátoru. Protože se velikost čipu po balení příliš nezmění, tento proces se také nazývá balením Chip-Scale Packaging (CSP) nebo balení čipu na úrovni oplatky (WLCSP). Pokud je počet I/O vysoký, obvykle se používá balení ventilátoru a kromě nárazů jsou vyžadovány přerozdělené vrstvy (RDL), aby se umožnilo směrování signálu. Jedná se o „balení na úrovni oplatky (fowlp)“.

2,5D balení

2.5D Technologie balení může do jednoho balíčku vložit dva nebo více typů čipů a zároveň umožnit směrovat signály laterálně, což může zvětšit velikost a výkon balíčku. Nejpoužívanější metodou 2,5D balení je vložit paměť a logické čipy do jediného balíčku přes silikonový interposer. 2.5D balení vyžaduje základní technologie, jako jsou průsmyk přes Silicon (TSV), mikropodnictví a RDL s jemným hřbetem.

3D balení

Technologie 3D balení může do jednoho balíčku vložit dva nebo více typů čipů a zároveň umožnit svisle signály. Tato technologie je vhodná pro polovodičové čipy pro menší a vyšší I/O. TSV lze použít pro čipy s vysokým počtem I/O a drátěné vazby lze použít pro čipy s nízkým počtem I/O a nakonec tvořit signální systém, ve kterém jsou čipy uspořádány svisle. Mezi hlavní technologie potřebné pro 3D balení patří technologie TSV a Micro-Bump.

Doposud bylo plně zavedeno osm kroků výroby polovodičových produktů „Zpracování oplatky - oxidace - fotolitografie - leptání - depozice tenkého filmu - propojení - testování - balení“. Od „písku“ po „čipy“ provádí polovodičová technologie skutečnou verzi „Přeměnit kameny na zlato“.

---

Vetek Semiconductor je profesionální čínský výrobcePotahování karbidu tantalu, Potahování karbidu křemíku, Speciální grafit, Keramika karbidu křemíkuaDalší polovodičová keramika. Vetek Semiconductor se zavázal poskytovat pokročilá řešení pro různé výrobky SIC Wafer pro polovodičový průmysl.

Pokud máte zájem o výše uvedené produkty, neváhejte nás kontaktovat přímo.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -mail: anny@veteksemi.com