Täielik selgitus kiibi tootmisprotsessi kohta (2/2): vahvlist pakendamise ja testimiseni

Iga pooljuhttoote valmistamine nõuab sadu protsesse ja kogu tootmisprotsess on jagatud kaheksaks etapiks:vahvlite töötlemine - oksüdatsioon - fotolitograafia - söövitamine - õhukese kile sadestamine - ühendamine - testimine - pakendamine.

5. samm: õhukese kile sadestamine

Kiibi sees olevate mikroseadmete loomiseks peame pidevalt laduma õhukeste kilede kihte ja eemaldama üleliigsed osad söövitamise teel ning lisama ka mõningaid materjale erinevate seadmete eraldamiseks. Iga transistor või mäluelement ehitatakse samm-sammult ülaltoodud protsessi kaudu. "Õhuke kile", millest me siin räägime, viitab "kilele", mille paksus on alla 1 mikroni (μm, miljondik meetrit), mida ei saa valmistada tavaliste mehaaniliste töötlusmeetoditega. Vajalikke molekulaarseid või aatomühikuid sisaldava kile asetamise protsess vahvlile on "sadestamine".

Mitmekihilise pooljuhtstruktuuri moodustamiseks peame esmalt valmistama seadme virna, st laduma vahvli pinnale vaheldumisi mitu kihti õhukesi metallist (juhtivaid) kilesid ja dielektrilisi (isoleerivaid) kilesid ning seejärel eemaldama liigse osad läbi korduvate söövitusprotsesside, et moodustada kolmemõõtmeline struktuur. Sadestamise protsesside jaoks kasutatavad meetodid hõlmavad keemilist aurustamise sadestamist (CVD), aatomkihtsadestumist (ALD) ja füüsikalist aurustamise sadestamist (PVD) ning neid meetodeid kasutavad meetodid võib jagada kuiv- ja märgsadestusteks.

Keemiline aurustamine-sadestamine (CVD)

Keemilise aur-sadestamise korral reageerivad lähtegaasid reaktsioonikambris, moodustades vahvli ja kambrist välja pumbatavate kõrvalsaaduste pinnale kinnitatud õhukese kile. Plasmaga täiustatud keemiline aurustamine-sadestamine kasutab reageerivate gaaside genereerimiseks plasmat. See meetod vähendab reaktsiooni temperatuuri, muutes selle ideaalseks temperatuuritundlike struktuuride jaoks. Plasma kasutamine võib samuti vähendada sademete arvu, mille tulemuseks on sageli kõrgema kvaliteediga filmid.

Aatomikihi sadestumine (ALD)

Aatomkihtsadestamine moodustab õhukesed kiled, sadestades korraga vaid mõne aatomikihi. Selle meetodi võti on sõltumatute sammude tsükkel, mis viiakse läbi kindlas järjekorras ja säilitab hea kontrolli. Esimene samm on vahvli pinna katmine prekursoriga ja seejärel juhitakse erinevad gaasid, mis reageerivad prekursoriga, moodustades vahvli pinnale soovitud aine.

Füüsikaline aurustamine-sadestamine (PVD)

Nagu nimigi viitab, viitab füüsiline aurustamine-sadestamine õhukeste kilede moodustamisele füüsikaliste vahenditega. Pihustamine on füüsikaline aurustamise-sadestamise meetod, mis kasutab argooni plasmat aatomite pihustamiseks sihtmärgist ja sadestamiseks vahvli pinnale õhukese kile moodustamiseks. Mõnel juhul saab ladestunud kilet töödelda ja täiustada selliste meetodite abil nagu ultravioletttermotöötlus (UVTP).

6. samm: ühendamine

Pooljuhtide juhtivus on juhtide ja mittejuhtide (ehk isolaatorite) vahel, mis võimaldab meil täielikult juhtida elektrivoolu. Vahvlipõhised litograafia-, söövitus- ja sadestamisprotsessid võivad ehitada selliseid komponente nagu transistorid, kuid need peavad olema ühendatud, et võimaldada toite ja signaalide edastamist ja vastuvõtmist.

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

· Madal takistus: Kuna metallahelad peavad läbima voolu, peaksid neis olevad metallid olema madala takistusega.

· Termokeemiline stabiilsus: Metallmaterjalide omadused peavad metalli ühendamise protsessis muutumatuks jääma.

· Kõrge töökindlus: Integraallülituse tehnoloogia arenedes peavad isegi väikesed metallist ühendusmaterjalid olema piisavalt vastupidavad.

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

Ühendusprotsessis kasutatakse peamiselt kahte materjali, alumiiniumi ja vaske.

Alumiiniumist ühendamise protsess

Alumiiniumi ühendamise protsess algab alumiiniumi sadestamise, fotoresisti pealekandmise, särituse ja arendamisega, millele järgneb söövitamine, et enne oksüdatsiooniprotsessi sisenemist selektiivselt eemaldada üleliigne alumiinium ja fotoresist. Pärast ülaltoodud sammude lõpetamist korratakse fotolitograafiat, söövitamist ja sadestamist, kuni ühendamine on lõpule viidud.

Lisaks suurepärasele juhtivusele on alumiiniumi lihtne ka fotolitografeerida, söövitada ja hoiustada. Lisaks on sellel madal hind ja hea nakkuvus oksiidkilega. Selle puuduseks on see, et see on kergesti korrodeeruv ja sellel on madal sulamistemperatuur. Lisaks tuleb alumiiniumi ja vahvli küljest eraldamiseks lisada metallisademeid, et vältida alumiiniumi reageerimist räniga ja ühendusprobleeme. Seda hoiust nimetatakse "barjäärimetalliks".

Alumiiniumahelad moodustatakse sadestamise teel. Pärast vahvli sisenemist vaakumkambrisse kleepub vahvlile alumiiniumosakestest moodustunud õhuke kile. Seda protsessi nimetatakse "aurssadestamiseks (VD)", mis hõlmab keemilist aurustamist ja füüsikalist aurustamist.

Vase ühendamise protsess

Kuna pooljuhtprotsessid muutuvad keerukamaks ja seadmete mõõtmed kahanevad, ei ole alumiiniumahelate ühenduskiirus ja elektrilised omadused enam piisavad ning vaja on uusi juhtmeid, mis vastavad nii suurusele kui ka kulunõuetele. Esimene põhjus, miks vask võib alumiiniumi asendada, on see, et sellel on väiksem takistus, mis võimaldab seadme kiiremat ühendamist. Vask on ka töökindlam, kuna see on vastupidavam elektromigratsioonile, metalliioonide liikumisele, kui vool läbib metalli, kui alumiinium.

Kuid vask ei moodusta kergesti ühendeid, mistõttu on raske aurustada ja vahvli pinnalt eemaldada. Selle probleemi lahendamiseks ladestame ja söövitame vase söövitamise asemel dielektrilisi materjale, mis moodustavad vajadusel kaevikutest ja läbiviikudest koosnevad metallist joonmustrid ning täidame seejärel ülalnimetatud mustrid vasega, et saavutada vastastikune ühendamine, seda protsessi nimetatakse "damastseeniks". .

Kuna vaseaatomid jätkavad dielektrikusse difundeerimist, väheneb viimase isolatsioon ja tekib barjäärkiht, mis blokeerib vase aatomite edasise difusiooni. Seejärel moodustatakse tõkkekihile õhuke vase seemnekiht. See samm võimaldab galvaniseerimist, mis on suure kuvasuhtega mustrite täitmine vasega. Pärast täitmist saab üleliigse vase eemaldada metalli keemilise mehaanilise poleerimisega (CMP). Pärast valmimist saab sadestada oksiidkile ja üleliigse kile eemaldada fotolitograafia ja söövitamise teel. Ülaltoodud protsessi tuleb korrata, kuni vaskühendus on lõpule viidud.

Ülaltoodud võrdlusest on näha, et vase ja alumiiniumi vastastikuse ühenduse erinevus seisneb selles, et üleliigne vask eemaldatakse metallist CMP-ga, mitte söövitusega.

7. samm: testimine

Katse peamine eesmärk on kontrollida, kas pooljuhtkiibi kvaliteet vastab teatud standardile, et kõrvaldada defektsed tooted ja parandada kiibi töökindlust. Lisaks ei sisene testitud defektsed tooted pakkimisetappi, mis aitab säästa kulusid ja aega. Elektrooniline matriitsisorteerimine (EDS) on vahvlite katsemeetod.

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

01 Elektriliste parameetrite jälgimine (EPM)

EPM on pooljuhtkiipide testimise esimene samm. Selles etapis testitakse kõiki pooljuhtide integraallülituste jaoks vajalikke seadmeid (sh transistoreid, kondensaatoreid ja dioode), et tagada nende elektriliste parameetrite vastavus standarditele. EPM-i põhiülesanne on pakkuda mõõdetud elektrilisi karakteristikuid, mida kasutatakse pooljuhtide tootmisprotsesside efektiivsuse ja toote jõudluse parandamiseks (mitte defektsete toodete tuvastamiseks).

02 Vahvlite vananemise test

Pooljuhtide defektide määr tuleneb kahest aspektist, nimelt tootmisdefektide esinemissagedusest (suurem algstaadiumis) ja defektide esinemissagedusest kogu elutsükli jooksul. Vahvlite vananemise test tähendab vahvli testimist teatud temperatuuril ja vahelduv-alalispinge all, et selgitada välja tooted, millel võib varajases staadiumis esineda defekte, st parandada lõpptoote töökindlust võimalike defektide avastamisega.

03 Tuvastamine

Pärast vananemistesti lõpetamist tuleb pooljuhtkiip ühendada testseadmega sondikaardiga ning seejärel saab pooljuhtide vastavate funktsioonide kontrollimiseks teha vahvlil temperatuuri, kiiruse ja liikumistestid. Konkreetsete testietappide kirjeldust vaadake tabelist.

04 Remont

Remont on kõige olulisem katseetapp, kuna mõned defektsed kiibid saab parandada probleemsete komponentide väljavahetamisega.

05 Punktimine

Elektritestis läbi kukkunud kiibid on eelmistes etappides välja sorteeritud, kuid eristamiseks tuleb need siiski märgistada. Varem oli meil vaja defektsed kiibid märgistada spetsiaalse tindiga, et neid oleks võimalik palja silmaga tuvastada, kuid nüüd sorteerib süsteem need automaatselt vastavalt testiandmete väärtusele.

8. samm: pakkimine

Pärast mitmeid eelnevaid protsesse moodustavad vahvlid võrdse suurusega ruudukujulised laastud (tuntud ka kui "üksikud kiibid"). Järgmisena tuleb lõigata üksikud laastud. Äsja lõigatud kiibid on väga haprad ega suuda elektrisignaale vahetada, mistõttu tuleb neid eraldi töödelda. See protsess on pakendamine, mis hõlmab kaitsekesta moodustamist väljaspool pooljuhtkiipi ja võimaldades neil vahetada elektrilisi signaale väljapoole. Kogu pakkimisprotsess on jagatud viieks etapiks, nimelt vahvli saagimine, ühe kiibi kinnitamine, ühendamine, vormimine ja pakendi testimine.

01 Vahvlite saagimine

Selleks, et lõigata vahvlilt lugematul hulgal tihedalt asetsevaid laaste, peame esmalt hoolikalt "lihvima" vahvli tagumist osa, kuni selle paksus vastab pakkimisprotsessi vajadustele. Pärast lihvimist saame lõigata mööda joont vahvlil, kuni pooljuhtkiip on eraldatud.

Vahvlisaagimise tehnoloogiat on kolme tüüpi: tera lõikamine, laserlõikus ja plasma lõikamine. Tera kuubikuteks lõikamine on teemanttera kasutamine vahvli lõikamiseks, mis on altid hõõrdekuumuse ja prahi tekkeks ning seega vahvli kahjustamiseks. Laserkuubikuteks lõikamine on suurema täpsusega ja sellega saab hõlpsasti hakkama õhukese paksusega või väikese joonevahega vahvlitega. Plasma kuubikuteks lõikamisel kasutatakse plasmasöövitamise põhimõtet, seega on see tehnoloogia rakendatav ka siis, kui joonte vahe on väga väike.

02 Ühe vahvli kinnitus

Kui kõik kiibid on vahvlilt eraldatud, peame kinnitama üksikud kiibid (üksikud vahvlid) aluspinnale (pliiraam). Substraadi ülesanne on kaitsta pooljuhtkiipe ja võimaldada neil vahetada elektrilisi signaale väliste vooluahelatega. Laastude kinnitamiseks võib kasutada vedelaid või tahkeid lintliime.

03 Ühendus

Pärast kiibi kinnitamist aluspinnale peame elektrilise signaalivahetuse saavutamiseks ühendama ka nende kahe kontaktpunktid. Selles etapis saab kasutada kahte ühendusmeetodit: traadi ühendamine õhukeste metalltraatide abil ja flip chip sidumine sfääriliste kuldplokkide või tinaplokkidega. Traadi ühendamine on traditsiooniline meetod ja klappkiibi ühendamise tehnoloogia võib kiirendada pooljuhtide tootmist.

04 Vorm

Pärast pooljuhtkiibi ühendamise lõpetamist on vaja vormimisprotsessi, et lisada kiibi välisküljele pakett, mis kaitseb pooljuht-integraallülitust väliste tingimuste, nagu temperatuur ja niiskus, eest. Kui pakendi vorm on vastavalt vajadusele valmistatud, peame pooljuhtkiibi ja epoksüvormimismassi (EMC) vormi panema ja pitseerima. Suletud kiip on lõplik vorm.

05 Pakenditest

Kiibid, millel on juba lõplik vorm, peavad läbima ka lõpliku defektikatse. Kõik lõpptesti sisenevad valmis pooljuhtkiibid on valmis pooljuhtkiibid. Need paigutatakse katseseadmetesse ja seatakse elektriliste, funktsionaalsete ja kiiruskatsete jaoks erinevad tingimused, nagu pinge, temperatuur ja niiskus. Nende testide tulemusi saab kasutada defektide leidmiseks ning toote kvaliteedi ja tootmise efektiivsuse parandamiseks.

Pakenditehnoloogia areng

Kuna kiibi suurus väheneb ja jõudlusnõuded suurenevad, on pakendid viimastel aastatel läbinud palju tehnoloogilisi uuendusi. Mõned tulevikku suunatud pakendamistehnoloogiad ja -lahendused hõlmavad sadestamise kasutamist traditsiooniliste tagaprotsesside jaoks, nagu näiteks vahvlitasemel pakkimine (WLP), põrutusprotsessid ja ümberjaotuskihi (RDL) tehnoloogia, samuti söövitus- ja puhastustehnoloogiad esiotsa jaoks. vahvlite tootmine.

Mis on täiustatud pakend?

Traditsiooniline pakendamine eeldab, et iga kiip tuleb vahvlist välja lõigata ja vormi panna. Vahvlitasemel pakend (WLP) on täiustatud pakkimistehnoloogia tüüp, mis viitab kiibi otsesele pakkimisele vahvlile. WLP protsess seisneb esmalt pakendamises ja testimises ning seejärel eraldades kõik moodustunud kiibid vahvlilt korraga. Võrreldes traditsioonilise pakendiga on WLP eeliseks madalamad tootmiskulud.

Täiustatud pakendid saab jagada 2D pakendiks, 2,5D pakendiks ja 3D pakendiks.

Väiksem 2D pakend

Nagu varem mainitud, sisaldab pakkimisprotsessi põhieesmärk pooljuhtkiibi signaali saatmist väljapoole ning vahvlile moodustunud konarused on kontaktpunktideks sisend/väljundsignaalide saatmisel. Need konarused jagunevad ventilaatoriteks ja ventilaatoriteks. Esimene lehvikukujuline on kiibi sees ja teine ​​lehvikukujuline on kiibi vahemikust väljas. Nimetame sisend/väljundsignaali I/O (sisend/väljund) ja sisendi/väljundi arvu nimetatakse I/O count. I/O arv on pakkemeetodi määramisel oluline alus. Kui I/O arv on madal, kasutatakse ventilaatoriga pakendit. Kuna kiibi suurus pärast pakkimist palju ei muutu, nimetatakse seda protsessi ka kiibipakendiks (CSP) või vahvlitasemel kiibi skaala pakkimiseks (WLCSP). Kui sisendite/väljundite arv on suur, kasutatakse tavaliselt väljapuhutavat pakkimist ja signaali marsruutimise võimaldamiseks on lisaks konarustele vaja ka ümberjaotuskihte (RDL). See on "fan-out vahvlitasemel pakend (FOWLP)."

2,5D pakend

2.5D pakkimistehnoloogia võib ühte pakendisse panna kahte või enamat tüüpi kiipe, võimaldades samal ajal signaale külgsuunas suunata, mis võib suurendada pakendi suurust ja jõudlust. Kõige laialdasemalt kasutatav 2.5D pakkimismeetod on mälu- ja loogikakiipide ühendamine ühte paketti läbi ränivahesendi. 2,5D-pakendamiseks on vaja põhitehnoloogiaid, nagu läbivad silikoonist läbiviigud (TSV-d), mikrokonarused ja peene helitugevusega RDL-id.

3D pakend

3D-pakendamise tehnoloogia võib ühte paketti panna kahte või enamat tüüpi kiipe, võimaldades samal ajal signaale vertikaalselt suunata. See tehnoloogia sobib väiksemate ja suurema I/O arvuga pooljuhtkiipide jaoks. TSV-d saab kasutada suure sisend- ja väljundarvuga kiipide jaoks ja traadiühendust saab kasutada madala sisend- ja väljundarvuga kiipide jaoks ning see moodustab lõpuks signaalisüsteemi, milles kiibid on paigutatud vertikaalselt. 3D-pakendamiseks vajalikud põhitehnoloogiad hõlmavad TSV-d ja mikro-bump-tehnoloogiat.

Seni on täielikult kasutusele võetud pooljuhttoodete valmistamise kaheksa etappi "vahvlite töötlemine - oksüdeerimine - fotolitograafia - söövitamine - õhukese kile sadestamine - ühendamine - testimine - pakendamine". Alates "liivast" kuni "laastudeni" teostab pooljuhttehnoloogia tõelist versiooni "kivide kullaks muutmisest".

VeTek Semiconductor on professionaalne Hiina tootjaTantaalkarbiidi kate, Ränikarbiidi kate, Spetsiaalne grafiit, Ränikarbiidist keraamikajaMuu pooljuhtkeraamika. VeTek Semiconductor on pühendunud täiustatud lahenduste pakkumisele erinevatele SiC Wafer 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