คำอธิบายโดยสมบูรณ์เกี่ยวกับกระบวนการผลิตชิป (1/2): ตั้งแต่แผ่นเวเฟอร์ไปจนถึงการบรรจุและการทดสอบ

การผลิตผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์แต่ละชนิดต้องใช้กระบวนการหลายร้อยขั้นตอน และกระบวนการผลิตทั้งหมดแบ่งออกเป็นแปดขั้นตอน:การประมวลผลเวเฟอร์ - ออกซิเดชัน - การพิมพ์หินด้วยแสง - การแกะสลัก - การสะสมของฟิล์มบาง - การเชื่อมต่อโครงข่าย - การทดสอบ - บรรจุภัณฑ์.

ขั้นตอนที่ 1:การประมวลผลเวเฟอร์

กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดเริ่มต้นด้วยเม็ดทราย! เนื่องจากซิลิคอนที่บรรจุอยู่ในทรายเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นในการผลิตเวเฟอร์ เวเฟอร์เป็นชิ้นกลมที่ถูกตัดจากทรงกระบอกผลึกเดี่ยวที่ทำจากซิลิคอน (Si) หรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ในการสกัดวัสดุซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูง จำเป็นต้องใช้ทรายซิลิกาซึ่งเป็นวัสดุพิเศษที่มีปริมาณซิลิคอนไดออกไซด์สูงถึง 95% ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับทำเวเฟอร์ด้วย การประมวลผลเวเฟอร์เป็นกระบวนการของการทำเวเฟอร์ข้างต้น

การหล่อโลหะ

ขั้นแรก ทรายจะต้องได้รับความร้อนเพื่อแยกคาร์บอนมอนอกไซด์และซิลิกอนออกจากกัน และทำซ้ำขั้นตอนนี้จนกว่าจะได้ซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษ (EG-Si) ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงละลายเป็นของเหลวแล้วแข็งตัวเป็นของแข็งผลึกเดี่ยวที่เรียกว่า "ลิ่ม" ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

ความแม่นยำในการผลิตแท่งซิลิคอน (เสาซิลิคอน) นั้นสูงมากถึงระดับนาโนเมตร และวิธีการผลิตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือวิธี Czochralski

การตัดลิ่ม

หลังจากขั้นตอนก่อนหน้าเสร็จสิ้น จำเป็นต้องตัดปลายทั้งสองของแท่งโลหะออกด้วยเลื่อยเพชร แล้วตัดเป็นชิ้นบาง ๆ ตามความหนาที่กำหนด เส้นผ่านศูนย์กลางของชิ้นโลหะจะกำหนดขนาดของเวเฟอร์ เวเฟอร์ขนาดใหญ่และบางสามารถแบ่งออกเป็นหน่วยที่ใช้งานได้มากขึ้น ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิต หลังจากตัดแท่งซิลิคอนแล้ว จำเป็นต้องเพิ่มเครื่องหมาย "พื้นที่เรียบ" หรือ "รอยบุ๋ม" บนชิ้นเพื่อช่วยให้กำหนดทิศทางการประมวลผลเป็นมาตรฐานในขั้นตอนต่อไป

การขัดผิวเวเฟอร์

ชิ้นที่ได้ผ่านกระบวนการตัดข้างต้นเรียกว่า "เวเฟอร์เปล่า" ซึ่งก็คือ "เวเฟอร์ดิบ" ที่ยังไม่ผ่านกระบวนการ พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เปลือยไม่เรียบ และไม่สามารถพิมพ์รูปแบบวงจรได้โดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องกำจัดข้อบกพร่องที่พื้นผิวก่อนโดยผ่านกระบวนการเจียรและการกัดด้วยสารเคมี จากนั้นจึงขัดให้เป็นพื้นผิวเรียบ จากนั้นจึงกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่ตกค้างด้วยการทำความสะอาดเพื่อให้ได้แผ่นเวเฟอร์ที่เสร็จแล้วและมีพื้นผิวที่สะอาด

ขั้นตอนที่ 2: ออกซิเดชัน

บทบาทของกระบวนการออกซิเดชั่นคือการสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ ช่วยปกป้องเวเฟอร์จากสารเคมีเจือปน ป้องกันกระแสรั่วไหลเข้าสู่วงจร ป้องกันการแพร่กระจายระหว่างการฝังไอออน และป้องกันไม่ให้เวเฟอร์ลื่นไถลในระหว่างการกัด

ขั้นตอนแรกของกระบวนการออกซิเดชั่นคือการกำจัดสิ่งเจือปนและสิ่งปนเปื้อน ต้องใช้สี่ขั้นตอนในการกำจัดอินทรียวัตถุ สิ่งเจือปนที่เป็นโลหะ และระเหยน้ำที่ตกค้าง หลังจากทำความสะอาด สามารถวางเวเฟอร์ไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง 800 ถึง 1200 องศาเซลเซียส และชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ (เช่น "ออกไซด์") จะเกิดขึ้นจากการไหลของออกซิเจนหรือไอน้ำบนพื้นผิวของเวเฟอร์ ออกซิเจนกระจายผ่านชั้นออกไซด์และทำปฏิกิริยากับซิลิคอนเพื่อสร้างชั้นออกไซด์ที่มีความหนาต่างกัน และสามารถวัดความหนาของชั้นได้หลังจากออกซิเดชันเสร็จสิ้น

ออกซิเดชันแบบแห้งและออกซิเดชันแบบเปียก ขึ้นอยู่กับสารออกซิเดชันที่แตกต่างกันในปฏิกิริยาออกซิเดชัน กระบวนการออกซิเดชันความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นออกซิเดชันแบบแห้งและออกซิเดชันแบบเปียก แบบแรกใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์เพื่อสร้างชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ซึ่งช้าแต่ชั้นออกไซด์บางและหนาแน่น อย่างหลังต้องการทั้งออกซิเจนและไอน้ำที่ละลายน้ำได้สูง ซึ่งมีอัตราการเติบโตที่รวดเร็ว แต่มีชั้นป้องกันที่ค่อนข้างหนาและมีความหนาแน่นต่ำ

นอกจากตัวออกซิแดนท์แล้ว ยังมีตัวแปรอื่นๆ ที่ส่งผลต่อความหนาของชั้นซิลิคอนไดออกไซด์อีกด้วย ประการแรก โครงสร้างเวเฟอร์ ข้อบกพร่องที่พื้นผิว และความเข้มข้นของสารต้องห้ามภายในจะส่งผลต่ออัตราการสร้างชั้นออกไซด์ นอกจากนี้ ยิ่งแรงดันและอุณหภูมิที่สร้างโดยอุปกรณ์ออกซิเดชั่นสูงขึ้นเท่าไร ชั้นออกไซด์ก็จะยิ่งถูกสร้างขึ้นเร็วขึ้นเท่านั้น ในระหว่างกระบวนการออกซิเดชั่น ยังจำเป็นต้องใช้แผ่นจำลองตามตำแหน่งของเวเฟอร์ในตัวเครื่องเพื่อปกป้องเวเฟอร์และลดความแตกต่างของระดับออกซิเดชัน

ขั้นตอนที่ 3: การถ่ายภาพหิน

Photolithography คือการ "พิมพ์" รูปแบบวงจรลงบนแผ่นเวเฟอร์ผ่านแสง เราสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการวาดแผนผังเครื่องบินที่จำเป็นสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ ยิ่งความละเอียดของรูปแบบวงจรสูงเท่าใด การบูรณาการชิปที่เสร็จแล้วก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะต้องได้รับด้วยเทคโนโลยีโฟโตลิโทกราฟีขั้นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การพิมพ์หินด้วยแสงสามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: การเคลือบสารต้านทานแสง การเปิดรับแสง และการพัฒนา

การเคลือบผิว

ขั้นตอนแรกของการวาดวงจรบนแผ่นเวเฟอร์คือการเคลือบตัวต้านทานแสงบนชั้นออกไซด์ ตัวต้านทานแสงทำให้แผ่นเวเฟอร์เป็น "กระดาษภาพถ่าย" โดยการเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมี ยิ่งชั้น photoresist บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์บางลง การเคลือบจะมีความสม่ำเสมอมากขึ้น และรูปแบบที่สามารถพิมพ์ได้ก็จะละเอียดยิ่งขึ้น ขั้นตอนนี้สามารถทำได้โดยวิธี "เคลือบแบบหมุน" ตามความแตกต่างของปฏิกิริยาของแสง (อัลตราไวโอเลต) ตัวต้านทานแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท: บวกและลบ โดยแบบแรกจะสลายตัวและหายไปเมื่อโดนแสง เหลือไว้เป็นลวดลายของพื้นที่ที่ไม่ได้รับแสง ส่วนแบบหลังจะเกิดการรวมตัวกันหลังจากโดนแสง และทำให้รูปแบบของส่วนที่โดนแสงปรากฏ

การรับสัมผัสเชื้อ

หลังจากที่ฟิล์มโฟโตรีซิสต์ถูกคลุมไว้บนแผ่นเวเฟอร์แล้ว การพิมพ์วงจรจะเสร็จสิ้นได้โดยการควบคุมการรับแสง กระบวนการนี้เรียกว่า "การสัมผัส" เราสามารถเลือกส่งแสงผ่านอุปกรณ์รับแสงได้ เมื่อแสงผ่านหน้ากากที่มีรูปแบบวงจร จะสามารถพิมพ์วงจรบนแผ่นเวเฟอร์ที่เคลือบด้วยฟิล์มโฟโตรีซิสต์ด้านล่าง

ในระหว่างกระบวนการฉายแสง ยิ่งรูปแบบการพิมพ์ละเอียดมากเท่าไร ชิปสุดท้ายก็จะสามารถรองรับส่วนประกอบได้มากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุนของแต่ละส่วนประกอบ ในสาขานี้ เทคโนโลยีใหม่ที่กำลังดึงดูดความสนใจอย่างมากในปัจจุบันคือการพิมพ์หิน EUV Lam Research Group ได้ร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยีโฟโตรีซิสแบบฟิล์มแห้งใหม่ร่วมกับพันธมิตรเชิงกลยุทธ์ ASML และ imec เทคโนโลยีนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและผลผลิตของกระบวนการสัมผัสการพิมพ์หิน EUV ได้อย่างมาก โดยการปรับปรุงความละเอียด (ปัจจัยสำคัญในการปรับความกว้างของวงจรอย่างละเอียด)

การพัฒนา

ขั้นตอนหลังการสัมผัสคือสเปรย์ดีเวลลอปเปอร์บนแผ่นเวเฟอร์ โดยมีจุดประสงค์เพื่อกำจัดโฟโตรีซิสต์ในบริเวณที่ไม่มีฝาปิดของลวดลาย เพื่อให้สามารถเปิดเผยรูปแบบวงจรพิมพ์ได้ หลังจากการพัฒนาเสร็จสมบูรณ์จะต้องมีการตรวจสอบด้วยอุปกรณ์วัดต่างๆ และกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของแผนภาพวงจร

ขั้นตอนที่ 4: การแกะสลัก

หลังจากที่การพิมพ์หินด้วยแสงของแผนภาพวงจรเสร็จสิ้นบนแผ่นเวเฟอร์แล้ว กระบวนการกัดจะถูกนำมาใช้เพื่อกำจัดฟิล์มออกไซด์ส่วนเกินออก และเหลือเพียงแผนภาพวงจรเซมิคอนดักเตอร์เท่านั้น ในการดำเนินการนี้ จะใช้ของเหลว ก๊าซ หรือพลาสมาเพื่อกำจัดส่วนที่เกินที่เลือก การกัดกรดมีสองวิธีหลัก ขึ้นอยู่กับสารที่ใช้: การกัดแบบเปียกโดยใช้สารละลายเคมีเฉพาะเพื่อทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อกำจัดฟิล์มออกไซด์ และการกัดแบบแห้งโดยใช้แก๊สหรือพลาสมา

การแกะสลักแบบเปียก

การกัดแบบเปียกโดยใช้สารละลายเคมีเพื่อกำจัดฟิล์มออกไซด์มีข้อดีคือ ต้นทุนต่ำ ความเร็วในการกัดเร็ว และผลผลิตสูง อย่างไรก็ตาม การกัดแบบเปียกเป็นแบบไอโซโทรปิก นั่นคือความเร็วจะเท่ากันในทุกทิศทาง ซึ่งทำให้มาส์ก (หรือฟิล์มที่ละเอียดอ่อน) ไม่อยู่ในแนวเดียวกับฟิล์มออกไซด์ที่กัดไว้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากที่จะประมวลผลแผนภาพวงจรที่ละเอียดมาก

การแกะสลักแบบแห้ง

การแกะสลักแบบแห้งสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ประการแรกคือการกัดกรดด้วยสารเคมี ซึ่งใช้ก๊าซกัดกร่อน (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนฟลูออไรด์) เช่นเดียวกับการกัดแบบเปียก วิธีการนี้เป็นแบบไอโซโทรปิก ซึ่งหมายความว่าไม่เหมาะสำหรับการกัดแบบละเอียด

วิธีที่สองคือการสปัตเตอร์ทางกายภาพ ซึ่งใช้ไอออนในพลาสมาเพื่อกระแทกและกำจัดชั้นออกไซด์ส่วนเกินออก ในฐานะที่เป็นวิธีการกัดแบบแอนไอโซทรอปิก การกัดแบบสปัตเตอร์มีอัตราการกัดที่แตกต่างกันในทิศทางแนวนอนและแนวตั้ง ดังนั้นความละเอียดจึงดีกว่าการกัดด้วยสารเคมีด้วย อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของวิธีนี้ก็คือ ความเร็วในการกัดจะช้า เนื่องจากขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาทางกายภาพที่เกิดจากการชนกันของไอออนทั้งหมด

วิธีที่สามสุดท้ายคือการกัดกรดปฏิกิริยา (RIE) RIE รวมสองวิธีแรกเข้าด้วยกัน นั่นคือ ในขณะที่ใช้พลาสมาสำหรับการกัดทางกายภาพด้วยไอออไนซ์ การกัดด้วยสารเคมีจะดำเนินการโดยใช้อนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นหลังจากการกระตุ้นพลาสมา นอกเหนือจากความเร็วในการแกะสลักที่เกินกว่าสองวิธีแรกแล้ว RIE ยังสามารถใช้คุณลักษณะแอนไอโซทรอปิกของไอออนเพื่อให้ได้การแกะสลักลวดลายที่มีความแม่นยำสูง

ปัจจุบัน การกัดแบบแห้งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มผลผลิตของวงจรเซมิคอนดักเตอร์แบบละเอียด การรักษาความสม่ำเสมอของการกัดแบบแผ่นเวเฟอร์เต็มรูปแบบและการเพิ่มความเร็วในการกัดเป็นสิ่งสำคัญ และอุปกรณ์การกัดแบบแห้งที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบันก็สนับสนุนการผลิตลอจิกและชิปหน่วยความจำขั้นสูงสุดที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า

VeTek Semiconductor เป็นผู้ผลิตมืออาชีพของจีนการเคลือบแทนทาลัมคาร์ไบด์, การเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์, กราไฟท์พิเศษ, เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์และเซรามิกเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ- VeTek Semiconductor มุ่งมั่นที่จะนำเสนอโซลูชันขั้นสูงสำหรับผลิตภัณฑ์ SiC Wafer ต่างๆ สำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

หากคุณสนใจในผลิตภัณฑ์ข้างต้น โปรดติดต่อเราโดยตรง  

ม็อบ: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

อีเมล์: anny@veteksemi.com