توضیح کامل در مورد فرآیند تولید تراشه (2/2): از ویفر گرفته تا بسته بندی و آزمایش

تولید هر محصول نیمه هادی به صدها فرآیند نیاز دارد و کل فرآیند تولید به هشت مرحله تقسیم می شود:پردازش ویفر - اکسیداسیون - فوتولیتوگرافی - اچ کردن - رسوب فیلم نازک - اتصال - آزمایش - بسته بندی.

---

مرحله 5: رسوب فیلم نازک

برای ایجاد دستگاه های میکرو در داخل تراشه ، باید به طور مداوم لایه هایی از فیلم های نازک را سپرده و قطعات اضافی را با اچ کردن حذف کنیم و همچنین برخی از مواد را برای جدا کردن دستگاه های مختلف اضافه کنیم. هر سلول ترانزیستور یا حافظه گام به گام از طریق فرایند فوق ساخته می شود. "فیلم نازک" که ما در اینجا صحبت می کنیم به "فیلم" با ضخامت کمتر از 1 میکرون (میکرومتر ، یک میلیون متر متر) اشاره دارد که با روشهای پردازش مکانیکی معمولی قابل تولید نیست. فرایند قرار دادن فیلم حاوی واحدهای مولکولی یا اتمی مورد نیاز بر روی ویفر "رسوب" است.

برای شکل گیری یک ساختار نیمه هادی چند لایه ، ابتدا باید یک دستگاه پشته بسازیم ، یعنی به طور متناوب چندین لایه از فیلم های فلزی نازک (رسانا) و فیلم های دی الکتریک (عایق) روی سطح ویفر ، و سپس قسمت های اضافی را از طریق فرآیندهای اچینگ مکرر حذف کنید تا یک ساختار سه بعدی تشکیل شود. تکنیک هایی که می توانند برای فرآیندهای رسوب مورد استفاده قرار گیرند شامل رسوب بخار شیمیایی (CVD) ، رسوب لایه اتمی (ALD) و رسوب بخار فیزیکی (PVD) و روش های با استفاده از این تکنیک ها می توانند به رسوب خشک و مرطوب تقسیم شوند.

رسوب بخار شیمیایی (CVD)

در رسوب بخار شیمیایی ، گازهای پیش ساز در یک محفظه واکنش واکنش نشان می دهند تا یک فیلم نازک متصل به سطح ویفر و فرآورده های جانبی که از محفظه پمپ شده اند ، تشکیل دهند. رسوب بخار شیمیایی با افزایش پلاسما از پلاسما برای تولید گازهای واکنش دهنده استفاده می کند. این روش دمای واکنش را کاهش می دهد و آن را برای ساختارهای حساس به دما ایده آل می کند. استفاده از پلاسما همچنین می تواند تعداد رسوبات را کاهش دهد ، که اغلب منجر به فیلم های با کیفیت بالاتر می شود.

رسوب لایه اتمی (ALD)

رسوب لایه اتمی با واریز تنها چند لایه اتمی به طور همزمان ، فیلم های نازک را تشکیل می دهد. نکته اصلی این روش چرخه مراحل مستقل است که به ترتیب خاصی انجام می شود و کنترل خوبی را حفظ می کنند. پوشش سطح ویفر با یک پیش ساز اولین مرحله است و سپس گازهای مختلفی برای واکنش با پیشرو معرفی می شوند تا ماده مورد نظر را روی سطح ویفر تشکیل دهند.

رسوب بخار فیزیکی (PVD)

همانطور که از نام آن پیداست ، رسوب بخار فیزیکی به شکل گیری فیلم های نازک از طریق فیزیکی اشاره دارد. پاشیدن یک روش رسوب بخار فیزیکی است که از پلاسما آرگون برای پاشیدن اتم ها از یک هدف استفاده می کند و آنها را بر روی سطح یک ویفر قرار می دهد تا یک فیلم نازک تشکیل شود. در بعضی موارد ، فیلم سپرده شده از طریق تکنیک هایی مانند درمان حرارتی ماوراء بنفش (UVTP) قابل درمان و بهبود است.

مرحله ششم: اتصال

هدایت نیمه هادی ها بین هادی ها و غیر هادی ها (یعنی عایق ها) است که به ما امکان می دهد جریان برق را به طور کامل کنترل کنیم. فرآیندهای لیتوگرافی ، اچ و رسوب مبتنی بر ویفر می توانند مؤلفه هایی مانند ترانزیستور را بسازند ، اما برای فعال کردن انتقال و دریافت قدرت و سیگنال ها باید به آنها متصل شوند.

از فلزات برای اتصال مدار به دلیل هدایت آنها استفاده می شود. فلزات مورد استفاده برای نیمه هادی ها باید شرایط زیر را رعایت کنند:

· مقاومت کم: از آنجا که مدارهای فلزی نیاز به عبور از جریان دارند ، فلزات موجود در آنها باید مقاومت کم داشته باشند.

· ثبات ترموشیمیایی: خواص مواد فلزی باید در طی فرآیند اتصال فلزی بدون تغییر باقی بماند.

· قابلیت اطمینان بالا: با توسعه فناوری مدار یکپارچه ، حتی مقادیر کمی از مواد اتصال فلزی باید از دوام کافی برخوردار باشند.

· هزینه ساخت: حتی اگر سه شرط اول برآورده شود ، هزینه مواد برای پاسخگویی به نیازهای تولید انبوه بسیار زیاد است.

فرآیند اتصال به طور عمده از دو ماده آلومینیوم و مس استفاده می کند.

فرآیند اتصال آلومینیوم

فرآیند اتصال آلومینیوم با رسوب آلومینیوم ، کاربرد فوتوریستی ، قرار گرفتن در معرض و توسعه آغاز می شود و پس از آن ، قبل از ورود به فرآیند اکسیداسیون ، هرگونه آلومینیوم و فوتوریست اضافی را به صورت انتخابی از بین می برد. پس از اتمام مراحل فوق ، فرآیندهای فتولیتوگرافی ، اچ و رسوب تا زمان اتمام اتصال تکرار می شوند.

علاوه بر هدایت عالی ، آلومینیوم نیز به راحتی به عکسبرداری ، اچ و سپرده آسان است. علاوه بر این ، هزینه کم و چسبندگی خوبی به فیلم اکسید دارد. مضرات آن این است که خوردگی آسان است و نقطه ذوب کم دارد. علاوه بر این ، برای جلوگیری از واکنش آلومینیوم با سیلیکون و ایجاد مشکلات اتصال ، برای جدا کردن آلومینیوم از ویفر باید رسوبات فلزی اضافه شود. این سپرده "فلز مانع" نامیده می شود.

مدارهای آلومینیومی توسط رسوب تشکیل می شوند. پس از ورود ویفر به محفظه خلاء ، یک فیلم نازک تشکیل شده توسط ذرات آلومینیومی به ویفر پایبند خواهد بود. این فرایند "رسوب بخار (VD)" نامیده می شود ، که شامل رسوب بخار شیمیایی و رسوب بخار فیزیکی است.

روند اتصال مس

هرچه فرآیندهای نیمه هادی پیچیده تر می شوند و اندازه دستگاه ها کوچک می شوند ، سرعت اتصال و خصوصیات الکتریکی مدارهای آلومینیومی دیگر کافی نیست و هادی های جدیدی که هم اندازه و هم نیاز به هزینه را برآورده می کنند ، لازم است. اولین دلیلی که مس می تواند جایگزین آلومینیوم شود این است که مقاومت کمتری دارد و این امکان را برای سرعت اتصال سریعتر دستگاه فراهم می کند. مس نیز قابل اطمینان تر است زیرا در برابر الکترومغناطیسی مقاوم تر است ، حرکت یونهای فلزی هنگام جریان از طریق یک فلز ، نسبت به آلومینیوم.

با این حال ، مس به راحتی ترکیبات را تشکیل نمی دهد و تبخیر و از بین بردن سطح ویفر را دشوار می کند. برای پرداختن به این مشکل ، به جای اینکه مس را بکشیم ، مواد دی الکتریک را رسوب می کنیم و اچ را تشکیل می دهیم ، که الگوهای خط فلزی متشکل از سنگرها و VIA ها را در صورت لزوم تشکیل می دهند ، و سپس "الگوهای" فوق الذکر را با مس برای دستیابی به اتصال ، فرآیندی به نام "damascene" پر می کنیم.

با ادامه اتم های مس در دی الکتریک ، عایق دوم کاهش می یابد و یک لایه مانع ایجاد می کند که اتم های مس را از انتشار بیشتر مسدود می کند. سپس یک لایه بذر مس نازک روی لایه سد تشکیل می شود. این مرحله اجازه می دهد تا آبکاری شود ، که پر کردن الگوهای نسبت ابعاد بالا با مس است. پس از پر کردن ، مس اضافی را می توان با پولیش مکانیکی شیمیایی فلزی (CMP) برداشت. پس از اتمام ، یک فیلم اکسید می تواند سپرده شود و فیلم اضافی را می توان با استفاده از فتوگرافی و فرآیندهای اچینگ حذف کرد. روند فوق باید تا زمان اتمام اتصال مس تکرار شود.

از مقایسه فوق ، می توان مشاهده کرد که تفاوت بین اتصال مس و اتصال آلومینیوم در این است که مس اضافی توسط CMP فلزی به جای اچ کردن برداشته می شود.

مرحله 7: آزمایش

هدف اصلی این آزمون تأیید این است که آیا کیفیت تراشه نیمه هادی از یک استاندارد خاص برخوردار است ، به طوری که محصولات معیوب را از بین می برد و قابلیت اطمینان تراشه را بهبود می بخشد. علاوه بر این ، محصولات معیوب آزمایش شده وارد مرحله بسته بندی نمی شوند که به صرفه جویی در هزینه و زمان کمک می کند. مرتب سازی بر روی قالب الکترونیکی (EDS) یک روش آزمایش برای ویفرها است.

EDS فرایندی است که ویژگی های الکتریکی هر تراشه را در حالت ویفر تأیید می کند و از این طریق عملکرد نیمه هادی را بهبود می بخشد. EDS را می توان به پنج مرحله به شرح زیر تقسیم کرد:

01 نظارت بر پارامتر الکتریکی (EPM)

EPM اولین قدم در آزمایش تراشه نیمه هادی است. در این مرحله هر دستگاه (از جمله ترانزیستورها ، خازن ها و دیودها) مورد نیاز برای مدارهای یکپارچه نیمه هادی آزمایش می شود تا اطمینان حاصل شود که پارامترهای الکتریکی آنها مطابق با استانداردها است. عملکرد اصلی EPM ارائه داده های مشخصه الکتریکی اندازه گیری شده است که برای بهبود کارآیی فرآیندهای تولید نیمه هادی و عملکرد محصول (برای تشخیص محصولات معیوب) استفاده می شود.

02 آزمون پیری ویفر

نرخ نقص نیمه هادی از دو جنبه ناشی می شود ، یعنی میزان نقص تولید (بالاتر در مرحله اولیه) و میزان نقص در کل چرخه زندگی. آزمون پیری ویفر به آزمایش ویفر تحت درجه حرارت خاص و ولتاژ AC/DC اشاره دارد تا کالاهایی را که ممکن است در مرحله اولیه نقص داشته باشند ، پیدا کنند ، یعنی برای بهبود قابلیت اطمینان محصول نهایی با کشف نقایص بالقوه.

03 تشخیص

پس از اتمام تست پیری ، تراشه نیمه هادی باید با کارت کاوشگر به دستگاه تست وصل شود و سپس تست های دما ، سرعت و حرکت را می توان روی ویفر انجام داد تا عملکردهای نیمه هادی مربوطه را تأیید کند. لطفاً برای توضیحات مراحل تست خاص ، جدول را ببینید.

04 تعمیر

تعمیر مهمترین مرحله آزمایش است زیرا برخی از تراشه های معیوب را می توان با جایگزینی اجزای مشکل ساز تعمیر کرد.

05 نقطه

تراشه هایی که آزمایش الکتریکی را شکست خورده اند در مراحل قبلی مرتب شده اند ، اما برای تشخیص آنها هنوز هم باید مشخص شوند. در گذشته ، ما باید تراشه های معیوب را با جوهر ویژه علامت گذاری کنیم تا اطمینان حاصل شود که می توان آنها را با چشم غیر مسلح شناسایی کرد ، اما اکنون سیستم به طور خودکار آنها را مطابق با مقدار داده آزمون مرتب می کند.

مرحله 8: بسته بندی

پس از چندین فرآیند قبلی ، ویفر تراشه های مربعی با اندازه مساوی را تشکیل می دهد (همچنین به عنوان "تراشه های منفرد" نیز شناخته می شود). کار بعدی که باید انجام شود ، بدست آوردن تراشه های فردی با برش است. تراشه های تازه بریده شده بسیار شکننده هستند و نمی توانند سیگنال های الکتریکی را تبادل کنند ، بنابراین نیاز به پردازش جداگانه دارند. این فرآیند بسته بندی است که شامل تشکیل پوسته محافظ در خارج از تراشه نیمه هادی و به آنها اجازه می دهد سیگنال های الکتریکی را با خارج تبادل کنند. کل فرآیند بسته بندی به پنج مرحله تقسیم می شود ، یعنی اره ویفر ، پیوست تراشه تک ، اتصال ، قالب گیری و آزمایش بسته بندی.

01 اره ویفر

برای برش تراشه های بی شماری متراکم از ویفر ، ابتدا باید با دقت پشت ویفر را "خرد کنید" تا ضخامت آن نیازهای فرآیند بسته بندی را برآورده کند. بعد از سنگ زنی ، می توانیم در امتداد خط کاتب روی ویفر برش دهیم تا تراشه نیمه هادی از هم جدا شود.

سه نوع فناوری اره ویفر وجود دارد: برش تیغه ، برش لیزر و برش پلاسما. دیلینگ تیغه استفاده از تیغه الماس برای برش ویفر است که مستعد گرمای اصطکاک و زباله ها است و در نتیجه به ویفر آسیب می رساند. لیزر دیزاسیون از دقت بالاتری برخوردار است و به راحتی می تواند ویفرها را با ضخامت نازک یا فاصله خط کاتب کوچک کنترل کند. Dicing Plasma از اصل اچ پلاسما استفاده می کند ، بنابراین این فناوری حتی اگر فاصله خط کاتب بسیار اندک باشد نیز کاربرد دارد.

02 پیوست ویفر منفرد

بعد از اینکه همه تراشه ها از ویفر جدا شدند ، باید تراشه های فردی (ویفرهای منفرد) را به بستر (قاب سرب) وصل کنیم. عملکرد بستر محافظت از تراشه های نیمه هادی و قادر به تبادل سیگنال های الکتریکی با مدارهای خارجی است. از چسب های نوار مایع یا جامد می توان برای اتصال تراشه ها استفاده کرد.

03 اتصال

پس از وصل کردن تراشه به بستر ، برای دستیابی به تبادل سیگنال الکتریکی ، باید نقاط تماس این دو را نیز وصل کنیم. دو روش اتصال وجود دارد که در این مرحله قابل استفاده است: پیوند سیم با استفاده از سیم های فلزی نازک و اتصال به تراشه های تلنگر با استفاده از بلوک های طلای کروی یا بلوک های قلع. اتصال سیم یک روش سنتی است و فناوری پیوند تراشه تلنگر می تواند تولید نیمه هادی را سرعت بخشد.

04 قالب

پس از اتمام اتصال تراشه نیمه هادی ، یک فرآیند قالب بندی برای اضافه کردن بسته ای به خارج از تراشه برای محافظت از مدار یکپارچه نیمه هادی از شرایط خارجی مانند دما و رطوبت لازم است. بعد از اینکه قالب بسته در صورت لزوم ساخته شده است ، باید تراشه نیمه هادی و ترکیب قالب بندی اپوکسی (EMC) را درون قالب قرار دهیم و آن را مهر و موم کنیم. تراشه مهر و موم شده فرم نهایی است.

تست بسته بندی 05

تراشه هایی که قبلاً فرم نهایی خود را داشته اند نیز باید از آزمون نقص نهایی عبور کنند. تمام تراشه های نیمه هادی تمام شده که وارد تست نهایی می شوند ، تراشه های نیمه هادی به پایان رسیده اند. آنها در تجهیزات تست قرار می گیرند و شرایط مختلفی مانند ولتاژ ، دما و رطوبت را برای تست های الکتریکی ، کاربردی و سرعت تنظیم می کنند. از نتایج این آزمایشات می توان برای یافتن نقص و بهبود کیفیت محصول و راندمان تولید استفاده کرد.

تکامل فناوری بسته بندی

با کاهش اندازه تراشه و افزایش نیازهای عملکرد ، بسته بندی در چند سال گذشته دستخوش نوآوری های فناوری بسیاری شده است. برخی از فن آوری ها و راه حل های بسته بندی آینده محور شامل استفاده از رسوب برای فرآیندهای پشتی سنتی مانند بسته بندی سطح ویفر (WLP) ، فرآیندهای ضرب و شتم و فن آوری لایه توزیع مجدد (RDL) و همچنین فن آوری های اچ و تمیز کردن برای تولید ویفر مقدماتی است.

بسته بندی پیشرفته چیست؟

بسته بندی های سنتی نیاز به برش هر تراشه از ویفر و قرار دادن در قالب دارد. بسته بندی سطح ویفر (WLP) نوعی از فناوری بسته بندی پیشرفته است که به بسته بندی مستقیم تراشه در ویفر اشاره دارد. روند WLP برای بسته بندی و آزمایش ابتدا است و سپس تمام تراشه های تشکیل شده را از ویفر همزمان جدا می کند. در مقایسه با بسته بندی های سنتی ، مزیت WLP هزینه تولید پایین تر است.

بسته بندی پیشرفته را می توان به بسته بندی 2D ، بسته بندی 2.5D و بسته بندی سه بعدی تقسیم کرد.

بسته بندی 2D کوچکتر

همانطور که قبلاً ذکر شد ، هدف اصلی فرآیند بسته بندی شامل ارسال سیگنال تراشه نیمه هادی به خارج است و برجستگی های تشکیل شده روی ویفر نقاط تماس برای ارسال سیگنال های ورودی/خروجی هستند. این برآمدگی ها به طرفداران و فن ها تقسیم می شوند. فن قبلی شکل در داخل تراشه است و فن دوم شکل آن فراتر از محدوده تراشه است. ما با سیگنال ورودی/خروجی I/O (ورودی/خروجی) تماس می گیریم و تعداد ورودی/خروجی I/O COUNT نامیده می شود. شمارش I/O مبنای مهمی برای تعیین روش بسته بندی است. اگر تعداد I/O کم باشد ، از بسته بندی فن استفاده می شود. از آنجا که اندازه تراشه پس از بسته بندی زیاد تغییر نمی کند ، این فرآیند به بسته بندی در مقیاس تراشه (CSP) یا بسته بندی تراشه در سطح ویفر (WLCSP) نیز گفته می شود. اگر تعداد I/O زیاد باشد ، معمولاً از بسته بندی فن خارج استفاده می شود ، و لایه های توزیع مجدد (RDL) علاوه بر برجستگی ها برای فعال کردن مسیریابی سیگنال نیز لازم است. این "بسته بندی سطح ویفر (Fowlp) است.

بسته بندی 2.5d

فناوری بسته بندی 2.5D می تواند دو یا چند نوع تراشه را در یک بسته واحد قرار دهد در حالی که امکان هدایت سیگنال ها به صورت جانبی را فراهم می کند ، که می تواند اندازه و عملکرد بسته را افزایش دهد. بیشترین استفاده از روش بسته بندی 2.5D ، قرار دادن تراشه های حافظه و منطق در یک بسته واحد از طریق یک interposer سیلیکون است. بسته بندی 2.5D نیاز به فن آوری های اصلی مانند VIAS-Silicon VIAS (TSV) ، برآمدگی های میکرو و RDL های خوب دارد.

بسته بندی سه بعدی

فناوری بسته بندی سه بعدی می تواند دو یا چند نوع تراشه را در یک بسته واحد قرار دهد در حالی که اجازه می دهد سیگنال ها به صورت عمودی مسیریابی شوند. این فناوری برای تراشه های نیمه هادی کوچکتر و بالاتر I/O مناسب است. TSV را می توان برای تراشه هایی با تعداد I/O زیاد استفاده کرد و از اتصال سیم می توان برای تراشه هایی با تعداد I/O کم استفاده کرد و در نهایت یک سیستم سیگنال را تشکیل می دهد که در آن تراشه ها به صورت عمودی چیده شده اند. فن آوری های اصلی مورد نیاز برای بسته بندی های سه بعدی شامل TSV و فناوری میکرو برداشت است.

تاکنون ، هشت مرحله از تولید محصول نیمه هادی "پردازش ویفر - اکسیداسیون - فتولیتوگرافی - اچینگ - رسوب فیلم نازک - اتصال - آزمایش - بسته بندی" کاملاً معرفی شده است. از "شن و ماسه" تا "تراشه" ، فناوری نیمه هادی نسخه واقعی "تبدیل سنگ به طلا" را انجام می دهد.

---

نیمه هادی Vetek یک تولید کننده حرفه ای چینی استپوشش کاربید Tantalum, پوشش کاربید سیلیکون, گرافیت خاص, سرامیک کاربید سیلیکونوتسرامیک های نیمه هادی دیگربشر نیمه هادی Vetek متعهد به ارائه راه حل های پیشرفته برای محصولات مختلف ویفر SIC برای صنعت نیمه هادی است.

اگر به محصولات فوق علاقه دارید ، لطفاً مستقیماً با ما تماس بگیرید.  

اوباش: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

ایمیل: anny@veteksemi.com