O explicație completă a procesului de fabricație a cipurilor (2/2): De la placă la ambalaj și testare

Fabricarea fiecărui produs semiconductor necesită sute de procese, iar întregul proces de fabricație este împărțit în opt pași:Procesare a waferului - oxidare - fotolitografie - gravură - depunere de film subțire - Interconexiune - Testare - Ambalaj.

---

Pasul 5: Depunere subțire a filmului

Pentru a crea micro -dispozitivele în interiorul cipului, trebuie să depunem continuu straturi de pelicule subțiri și să eliminăm excesul de piese prin gravură și, de asemenea, să adăugăm unele materiale pentru a separa diferite dispozitive. Fiecare tranzistor sau celulă de memorie este construit pas cu pas prin procesul de mai sus. „Filmul subțire” despre care vorbim aici se referă la un „film” cu o grosime de mai puțin de 1 micron (μm, o milionime dintr -un metru) care nu poate fi fabricată prin metode obișnuite de procesare mecanică. Procesul de plasare a unui film care conține unitățile moleculare sau atomice necesare pe o placă este „depunerea”.

Pentru a forma o structură de semiconductor cu mai multe straturi, trebuie să facem mai întâi o stivă de dispozitiv, adică alternativ stivuind mai multe straturi de pelicule subțiri de metal (conductive) și filme dielectrice (izolatoare) pe suprafața plafonului și apoi eliminați excesul de părți prin procesele de gravare repetate pentru a forma o structură tridimensională. Tehnicile care pot fi utilizate pentru procesele de depunere includ depunerea de vapori chimici (CVD), depunerea stratului atomic (ALD) și depunerea de vapori fizici (PVD) și metodele care utilizează aceste tehnici pot fi împărțite în depunere uscată și umedă.

Depunerea de vapori chimici (CVD)

În depunerea de vapori chimici, gazele precursoare reacționează într -o cameră de reacție pentru a forma o peliculă subțire atașată la suprafața plafonului și a produselor secundare care sunt pompate din cameră. Depunerea de vapori chimici îmbunătățite cu plasmă folosește plasma pentru a genera gazele reactante. Această metodă reduce temperatura de reacție, ceea ce o face ideală pentru structurile sensibile la temperatură. Utilizarea plasmei poate reduce, de asemenea, numărul de depuneri, rezultând adesea filme de calitate superioară.

Depunerea stratului atomic (ALD)

Depunerea atomică a stratului formează filme subțiri prin depunerea doar câteva straturi atomice simultan. Cheia acestei metode este de a circula etapele independente care sunt efectuate într -o anumită ordine și menținerea unui control bun. Acoperirea suprafeței plafonului cu un precursor este primul pas, iar apoi sunt introduse diferite gaze pentru a reacționa cu precursorul pentru a forma substanța dorită pe suprafața plafonului.

Depunerea fizică de vapori (PVD)

După cum sugerează și numele, depunerea de vapori fizici se referă la formarea de filme subțiri prin mijloace fizice. Sputtering -ul este o metodă de depunere a vaporilor fizici care folosește plasma argon pentru a spulta atomii dintr -o țintă și a -i depune pe suprafața unei placi pentru a forma o peliculă subțire. În unele cazuri, filmul depus poate fi tratat și îmbunătățit prin tehnici precum tratamentul termic ultraviolet (UVTP).

Pasul 6: Interconectare

Conductivitatea semiconductorilor este între conductori și non-conductori (adică izolatori), ceea ce ne permite să controlăm complet fluxul de electricitate. Procesele de litografie, gravură și depunere bazată pe wafer pot construi componente precum tranzistoare, dar trebuie să fie conectate pentru a permite transmiterea și primirea puterii și a semnalelor.

Metalele sunt utilizate pentru interconectarea circuitului din cauza conductivității lor. Metalele utilizate pentru semiconductori trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

· Rezistivitate scăzută: Deoarece circuitele metalice trebuie să treacă curent, metalele din ele ar trebui să aibă o rezistență scăzută.

· Stabilitatea termochimică: Proprietățile materialelor metalice trebuie să rămână neschimbate în timpul procesului de interconectare a metalelor.

· Fiabilitate ridicată: Pe măsură ce se dezvoltă tehnologia de circuit integrată, chiar și cantități mici de materiale de interconectare a metalelor trebuie să aibă o durabilitate suficientă.

· Cost de fabricație: Chiar dacă sunt îndeplinite primele trei condiții, costul materialului este prea mare pentru a răspunde nevoilor producției în masă.

Procesul de interconectare folosește în principal două materiale, aluminiu și cupru.

Proces de interconectare din aluminiu

Procesul de interconectare a aluminiului începe cu depunerea de aluminiu, aplicarea fotorezistă, expunerea și dezvoltarea, urmată de gravură pentru a elimina selectiv orice exces de aluminiu și fotorezist înainte de a intra în procesul de oxidare. După finalizarea etapelor de mai sus, fotolitografia, gravarea și procesele de depunere se repetă până la finalizarea interconectării.

În plus față de conductivitatea sa excelentă, aluminiul este ușor de fotolitografiat, etap și depozit. În plus, are un cost redus și o aderență bună la filmul de oxid. Dezavantajele sale sunt că este ușor de corodat și are un punct de topire scăzut. În plus, pentru a preveni reacționarea aluminiului cu siliconul și cauzând probleme de conectare, trebuie adăugate depozite de metal pentru a separa aluminiu de placă. Acest depozit se numește „metal barieră”.

Circuitele de aluminiu sunt formate prin depunere. După ce wafer -ul intră în camera de vid, o peliculă subțire formată din particule de aluminiu va adera la placă. Acest proces se numește „depunerea vaporilor (VD)”, care include depunerea de vapori chimici și depunerea de vapori fizici.

Proces de interconectare a cuprului

Pe măsură ce procesele semiconductoare devin mai sofisticate și dimensiunile dispozitivului se micșorează, viteza de conectare și proprietățile electrice ale circuitelor de aluminiu nu mai sunt adecvate și sunt necesare noi conductoare care îndeplinesc atât cerințele de mărime, cât și cele ale costului. Primul motiv pentru care cuprul poate înlocui aluminiul este că are o rezistență mai mică, ceea ce permite viteze mai rapide de conectare a dispozitivului. Cuprul este, de asemenea, mai fiabil, deoarece este mai rezistent la electromigrare, mișcarea ionilor metalici atunci când curentul curge printr -un metal, decât aluminiu.

Cu toate acestea, cuprul nu formează cu ușurință compuși, ceea ce face dificilă vaporizarea și îndepărtarea de pe suprafața unei placi. Pentru a aborda această problemă, în loc să gravăm cupru, depunem și educem materiale dielectrice, care formează modele de linie metalică constând din tranșee și vias acolo unde este nevoie, apoi umplem „modelele” menționate anterior cu cupru pentru a obține interconectarea, un proces numit „damascene”.

Pe măsură ce atomii de cupru continuă să se difuzeze în dielectric, izolația acestuia din urmă scade și creează un strat de barieră care blochează atomii de cupru de difuzia ulterioară. Se formează apoi un strat subțire de semințe de cupru pe stratul de barieră. Această etapă permite electroplarea, care este umplerea modelelor de raport de aspect ridicat cu cupru. După umplere, excesul de cupru poate fi îndepărtat prin lustruire mecanică chimică metalică (CMP). După finalizare, se poate depune un film de oxid, iar filmul în exces poate fi eliminat prin fotolitografie și procese de gravare. Procesul de mai sus trebuie repetat până la finalizarea interconectării de cupru.

Din comparația de mai sus, se poate observa că diferența dintre interconectarea cuprului și interconectarea aluminiului este că excesul de cupru este îndepărtat de CMP metalic, mai degrabă decât de gravură.

Pasul 7: Testare

Scopul principal al testului este de a verifica dacă calitatea cipului cu semiconductor îndeplinește un anumit standard, astfel încât să elimine produsele defecte și să îmbunătățească fiabilitatea cipului. În plus, produsele defecte testate nu vor intra în etapa de ambalare, care ajută la economisirea costurilor și a timpului. Sortarea electronică a matriilor (EDS) este o metodă de testare pentru napolitane.

EDS este un proces care verifică caracteristicile electrice ale fiecărui cip din starea de placă și, prin urmare, îmbunătățește randamentul semiconductorului. ED -urile pot fi împărțite în cinci pași, după cum urmează:

01 Monitorizarea parametrilor electrici (EPM)

EPM este primul pas în testarea cipurilor cu semiconductor. Acest pas va testa fiecare dispozitiv (inclusiv tranzistoare, condensatoare și diode) necesare pentru circuitele integrate cu semiconductor pentru a se asigura că parametrii lor electrici respectă standardele. Principala funcție a EPM este de a furniza date caracteristice electrice măsurate, care vor fi utilizate pentru a îmbunătăți eficiența proceselor de fabricație a semiconductorilor și a performanței produsului (nu pentru a detecta produse defecte).

02 Test de îmbătrânire a waferului

Rata de defecte semiconductoare provine din două aspecte, și anume rata de defecte de fabricație (mai mare în stadiul incipient) și rata defectelor în întregul ciclu de viață. Testul de îmbătrânire a waferului se referă la testarea plafonului sub o anumită temperatură și tensiune AC/DC pentru a afla produsele care pot avea defecte în stadiul incipient, adică pentru a îmbunătăți fiabilitatea produsului final prin descoperirea potențialelor defecte.

03 Detectarea

După finalizarea testului de îmbătrânire, cipul de semiconductor trebuie să fie conectat la dispozitivul de testare cu un card de sondă, iar apoi testele de temperatură, viteză și mișcare pot fi efectuate pe placă pentru a verifica funcțiile semiconductoare relevante. Vă rugăm să consultați tabelul pentru o descriere a pașilor de testare specifici.

04 Reparare

Repararea este cea mai importantă etapă de testare, deoarece unele jetoane defecte pot fi reparate prin înlocuirea componentelor problematice.

05 Dotting

Jetoanele care nu au reușit testul electric au fost sortate în etapele anterioare, dar totuși trebuie să fie marcate pentru a le distinge. În trecut, a trebuit să marcăm jetoane defecte cu cerneală specială pentru a ne asigura că acestea pot fi identificate cu ochiul liber, dar acum sistemul le sortează automat în funcție de valoarea datelor de testare.

Pasul 8: Ambalaj

După mai multe procese anterioare, placa va forma jetoane pătrate de dimensiuni egale (cunoscute și sub denumirea de „cipuri unice”). Următorul lucru de făcut este să obțineți jetoane individuale prin tăiere. Jetoanele nou tăiate sunt foarte fragile și nu pot schimba semnale electrice, deci trebuie procesate separat. Acest proces este ambalaj, care include formarea unei cochilii de protecție în afara cipului cu semiconductor și permiterea lor să facă schimb de semnale electrice cu exteriorul. Întregul proces de ambalare este împărțit în cinci trepte, și anume tăierea plafonului, atașarea cu un singur cip, interconectarea, modelarea și testarea ambalajelor.

01 FĂRĂRI DE WAFER

Pentru a tăia nenumărate jetoane dens aranjate de la placă, trebuie să „macinăm” cu atenție din spate a plafonului până când grosimea acesteia satisface nevoile procesului de ambalare. După măcinare, putem tăia de -a lungul liniei scribului de pe placă până când cipul de semiconductor este separat.

Există trei tipuri de tehnologie de tăiere a waferului: tăierea lamei, tăierea cu laser și tăierea cu plasmă. Dicingul lamei este utilizarea unei lame de diamant pentru a tăia placa, care este predispusă la căldură și resturi de frecare și astfel deteriorează placa. Dicingul cu laser are o precizie mai mare și poate gestiona cu ușurință napolitane cu grosime subțire sau distanță mică a liniei scribului. Plasma DiCing folosește principiul gravurii plasmatice, astfel încât această tehnologie este aplicabilă și chiar dacă distanțarea liniei scribului este foarte mică.

02 Atașament de placă unică

După ce toate jetoanele sunt separate de placă, trebuie să atașăm jetoanele individuale (napolitane unice) la substrat (cadru de plumb). Funcția substratului este de a proteja jetoanele cu semiconductor și de a le permite schimbarea semnalelor electrice cu circuite externe. Adezivii lichizi sau cu bandă solidă pot fi folosiți pentru a atașa jetoanele.

03 Interconectare

După atașarea cipului la substrat, trebuie să conectăm și punctele de contact ale celor două pentru a obține schimbul de semnal electric. Există două metode de conectare care pot fi utilizate în această etapă: lipirea sârmei folosind fire subțiri de metal și lipirea cipului de flip folosind blocuri sferice de aur sau blocuri de staniu. Lipirea de sârmă este o metodă tradițională, iar tehnologia de legare a cipului de flip poate accelera fabricarea semiconductorilor.

04 Turnare

După finalizarea conexiunii cipului cu semiconductor, este necesar un proces de modelare pentru a adăuga un pachet la exteriorul cipului pentru a proteja circuitul integrat cu semiconductor din condiții externe, cum ar fi temperatura și umiditatea. După ce mucegaiul pachetului este făcut după cum este necesar, trebuie să introducem cipul de semiconductor și compusul de modelare epoxidică (EMC) în matriță și să -l sigilați. Cipul sigilat este forma finală.

05 Test de ambalare

Jetoanele care au avut deja forma lor finală trebuie să treacă și testul final de defecte. Toate jetoanele cu semiconductor finalizate care intră în testul final sunt chipsuri cu semiconductor finisate. Acestea vor fi plasate în echipamentul de testare și vor stabili condiții diferite, cum ar fi tensiunea, temperatura și umiditatea pentru testele electrice, funcționale și de viteză. Rezultatele acestor teste pot fi utilizate pentru a găsi defecte și pentru a îmbunătăți calitatea produsului și eficiența producției.

Evoluția tehnologiei de ambalare

Pe măsură ce dimensiunea cipurilor scade și cerințele de performanță cresc, ambalajele au suferit multe inovații tehnologice în ultimii ani. Unele tehnologii și soluții de ambalare orientate spre viitor includ utilizarea depunerii pentru procesele tradiționale de back-end, cum ar fi ambalajele la nivel de wafer (WLP), procesele de deniverare și tehnologii de redistribuire a stratului (RDL), precum și tehnologii de etape și curățare pentru fabricarea de placă front-end.

Ce este ambalajul avansat?

Ambalajul tradițional necesită ca fiecare cip să fie tăiată din placă și plasată într -o matriță. Ambalajul la nivel de wafer (WLP) este un tip de tehnologie avansată de ambalare, care se referă la ambalarea directă a cipului încă pe placă. Procesul de WLP este de a împacheta și testa mai întâi, apoi de a separa toate cipurile formate de wafer la un moment dat. În comparație cu ambalajele tradiționale, avantajul WLP este costul de producție mai mic.

Ambalajul avansat poate fi împărțit în ambalaje 2D, ambalaje 2.5D și ambalaje 3D.

Ambalaj 2D mai mic

Așa cum am menționat anterior, scopul principal al procesului de ambalare include trimiterea semnalului cipului de semiconductor la exterior, iar denivelările formate pe placă sunt punctele de contact pentru trimiterea de semnale de intrare/ieșire. Aceste denivelări sunt împărțite în fan-in și fan-ieșire. Fostul în formă de fan se află în interiorul cipului, iar cel de-al doilea în formă de fan este dincolo de gama de cipuri. Apelăm semnalul de intrare/ieșire I/O (intrare/ieșire), iar numărul de intrare/ieșire se numește număr de I/O. Numărul de I/O este o bază importantă pentru determinarea metodei de ambalare. Dacă numărul de I/O este scăzut, se folosește ambalajul de ventilator. Deoarece dimensiunea cipului nu se schimbă mult după ambalare, acest proces se mai numește și ambalaj la scară de cip (CSP) sau ambalaj la nivel de cip la nivel de wafer (WLCSP). Dacă numărul de I/O este ridicat, se folosește de obicei ambalajele de ventilator, iar straturile de redistribuire (RDL) sunt necesare pe lângă denivelări pentru a activa rutarea semnalului. Acesta este „Ambalaj la nivel de wafer Fan-Out (FOWLP)”.

Ambalaj 2.5D

Tehnologia de ambalare 2.5D poate pune două sau mai multe tipuri de jetoane într -un singur pachet, permițând în același timp dirijarea semnalelor lateral, ceea ce poate crește dimensiunea și performanța pachetului. Cea mai utilizată metodă de ambalare 2.5D este de a pune jetoane de memorie și logică într -un singur pachet printr -un interpostator de siliciu. Ambalajul 2.5D necesită tehnologii de bază, cum ar fi VIA-urile de silicon (TSV), micro-denivelări și RDL-uri cu pitch fine.

Ambalaj 3D

Tehnologia de ambalare 3D poate pune două sau mai multe tipuri de jetoane într -un singur pachet, permițând în același timp dirijarea semnalelor vertical. Această tehnologie este potrivită pentru chipsurile de semiconductor mai mici și mai mari I/O. TSV poate fi utilizat pentru jetoane cu număr ridicat de I/O, iar lipirea prin sârmă poate fi utilizată pentru jetoane cu număr scăzut de I/O și, în final, formează un sistem de semnal în care jetoanele sunt aranjate vertical. Tehnologiile de bază necesare pentru ambalajele 3D includ tehnologia TSV și micro-bump.

Până în prezent, cele opt etape ale producției de produse semiconductoare „Procesarea plafonului - Oxidare - Fotolitografie - Gravură - Depunerea filmelor subțiri - Interconectare - Testare - Ambalaj” au fost complet introduse. De la „nisip” la „jetoane”, tehnologia semiconductorului efectuează o versiune reală a „Turning Stones în aur”.

---

Vetek Semiconductor este un producător profesionist chinez deAcoperire cu carbură de tantalum, Acoperire cu carbură de siliciu, Grafit special, Ceramica din carbură de siliciuşiAlte ceramice semiconductoare. Vetek Semiconductor se angajează să ofere soluții avansate pentru diverse produse de placă SIC pentru industria semiconductorilor.

Dacă sunteți interesat de produsele de mai sus, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați direct.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E -mail: anny@veteksemi.com