شرح كامل لعملية تصنيع الرقائق (1/2): من الرقاقة إلى التغليف والاختبار

يتطلب تصنيع كل منتج أشباه الموصلات مئات العمليات ، ويتم تقسيم عملية التصنيع بأكملها إلى ثماني خطوات:معالجة الرقاقة - أكسدة - التصوير الفوتوغرافي - الحفر - ترسب فيلم رفيع - الترابط - الاختبار - التغليف.

الخطوة 1:معالجة الرقاقة

جميع عمليات أشباه الموصلات تبدأ بحبوب من الرمال! لأن السيليكون الموجود في الرمال هو المادة الخام اللازمة لإنتاج رقائق. الرقاقات هي شرائح مستديرة مقطوعة من أسطوانات بلورية واحدة مصنوعة من السيليكون (SI) أو أرسينيد الغاليوم (GAAs). لاستخراج مواد السيليكون عالية النقاء ، هناك حاجة إلى رمال السيليكا ، وهي مادة خاصة بها محتوى ثاني أكسيد السيليكون بنسبة تصل إلى 95 ٪ ، والتي تعد أيضًا المادة الخام الرئيسية لصنع رقائق. معالجة الرقاقة هي عملية صنع رقائق أعلاه.

الصبغ الصبغ

أولاً ، يجب تسخين الرمال لفصل أول أكسيد الكربون والسيليكون فيه ، ويتم تكرار العملية حتى يتم الحصول على السيليكون الإلكترونية عالية النقاء (EG-SI). يذوب السيليكون عالي النقاء في سائل ثم يصلب إلى شكل صلب واحد ، يسمى "سبيكة" ، وهي الخطوة الأولى في تصنيع أشباه الموصلات.

دقة تصنيع سبائك السيليكون (أعمدة السيليكون) عالية جدًا ، حيث تصل إلى مستوى النانومتر ، وطريقة التصنيع المستخدمة على نطاق واسع هي طريقة Czochralski.

القطع القتلى

بعد الانتهاء من الخطوة السابقة ، من الضروري قطع طرفي السبيان باستخدام منشار الماس ثم قطعه إلى شرائح رقيقة من سماكة معينة. يحدد قطر شريحة السبيكة حجم الرقاقة. يمكن تقسيم رقائق أكبر وأرق إلى وحدات أكثر قابلية للاستخدام ، مما يساعد على تقليل تكاليف الإنتاج. بعد قطع سبيكة السيليكون ، من الضروري إضافة علامات "مساحة مسطحة" أو "دنت" على الشرائح لتسهيل ضبط اتجاه المعالجة كمعيار في الخطوات اللاحقة.

تصحيح سطح الويفر

تسمى الشرائح التي تم الحصول عليها من خلال عملية القطع أعلاه "رقائق عارية" ، أي "رقائق خام" غير مجهزة. سطح الرقاقة العارية غير متساو ولا يمكن طباعة نمط الدائرة مباشرة عليه. لذلك ، من الضروري أولاً إزالة عيوب السطح من خلال عمليات الطحن والحفر الكيميائي ، ثم تلميعًا لتشكيل سطح أملس ، ثم إزالة الملوثات المتبقية من خلال التنظيف للحصول على رقاقة نهائية بسطح نظيف.

الخطوة 2: الأكسدة

دور عملية الأكسدة هو تشكيل فيلم واقٍ على سطح الرقاقة. إنه يحمي الرقاقة من الشوائب الكيميائية ، ويمنع تسرب تيار دخول الدائرة ، ويمنع الانتشار أثناء زرع الأيونات ، ويمنع الويفر من الانزلاق أثناء الحفر.

الخطوة الأولى من عملية الأكسدة هي إزالة الشوائب والملوثات. يتطلب أربع خطوات لإزالة المواد العضوية ، والشوائب المعدنية وتبخر المياه المتبقية. بعد التنظيف ، يمكن وضع الرقاقة في بيئة درجات حرارة عالية من 800 إلى 1200 درجة مئوية ، ويتم تشكيل طبقة ثاني أكسيد السيليكون (أي "الأكسيد") عن طريق تدفق الأكسجين أو البخار على سطح الرقاقة. ينتشر الأكسجين من خلال طبقة الأكسيد ويتفاعل مع السيليكون لتشكيل طبقة أكسيد ذات سمك متفاوت ، ويمكن قياس سمكه بعد اكتمال الأكسدة.

الأكسدة الجافة والأكسدة الرطبة اعتمادًا على المواد المؤكسدة المختلفة في تفاعل الأكسدة ، يمكن تقسيم عملية الأكسدة الحرارية إلى أكسدة جافة وأكسدة الرطب. السابق يستخدم الأكسجين النقي لإنتاج طبقة ثاني أكسيد السيليكون ، وهي بطيئة ولكن طبقة الأكسيد رقيقة وكثيفة. يتطلب هذا الأخير كلا من الأكسجين وبخار الماء القابل للذوبان للغاية ، والذي يتميز بمعدل نمو سريع ولكن طبقة وقائية سميكة نسبيًا ذات كثافة منخفضة.

بالإضافة إلى المؤكسد ، هناك متغيرات أخرى تؤثر على سمك طبقة ثاني أكسيد السيليكون. أولاً ، سوف تؤثر بنية الرقاقة ، وعيوبها السطحية ، وتركيز المنشطات الداخلية ، على معدل توليد طبقة الأكسيد. بالإضافة إلى ذلك ، كلما زاد الضغط ودرجة الحرارة الناتجة عن معدات الأكسدة ، كلما تم إنشاء طبقة الأكسيد بشكل أسرع. أثناء عملية الأكسدة ، من الضروري أيضًا استخدام ورقة وهمية وفقًا لموضع الرقاقة في الوحدة لحماية الرقاقة وتقليل الفرق في درجة الأكسدة.

الخطوة 3: التصوير الفوتوغرافي

التصوير الفوتوغرافي هو "طباعة" نمط الدائرة على الرقاقة من خلال الضوء. يمكننا أن نفهمها على أنها رسم خريطة الطائرة المطلوبة لتصنيع أشباه الموصلات على سطح الرقاقة. كلما زادت أهمية نمط الدائرة ، زاد تكامل الشريحة النهائية ، والتي يجب تحقيقها من خلال تقنية التصوير الفوتوغرافي المتقدم. على وجه التحديد ، يمكن تقسيم التصوير الفوتوغرافي الضوئي إلى ثلاث خطوات: مقاوم التصوير الضوئي والتعرض والتطوير.

طلاء

الخطوة الأولى لرسم دائرة على رقاقة هي طبقة مقاوم الضوء على طبقة الأكسيد. يجعل المقاوم الضوئي رقاقة "ورقة صور" عن طريق تغيير خصائصها الكيميائية. كلما كانت طبقة مقاوم الضوئي على سطح الرقاقة ، كلما كانت الطلاء أكثر اتساقًا ، وأدق النمط الذي يمكن طباعته. يمكن القيام بهذه الخطوة بواسطة طريقة "طلاء الدوران". وفقًا للفرق في تفاعل الضوء (الأشعة فوق البنفسجية) ، يمكن تقسيم مقاوم الضوئي إلى نوعين: إيجابي وسلبي. سيتحلل السابق ويختفي بعد التعرض للضوء ، تاركًا نمط المنطقة غير المعرضة ، بينما سوف يبرز الأخير بعد التعرض للضوء ويظهر نمط الجزء المكشوف.

التعرض

بعد تغطية فيلم مقاوم الضوء على الرقاقة ، يمكن إكمال طباعة الدائرة عن طريق التحكم في التعرض للضوء. وتسمى هذه العملية "التعرض". يمكننا تمرير الضوء بشكل انتقائي من خلال معدات التعرض. عندما يمر الضوء من خلال القناع الذي يحتوي على نمط الدائرة ، يمكن طباعة الدائرة على الرقاقة المطلية بفيلم مقاوم الضوء أدناه.

أثناء عملية التعرض ، كلما كانت النمط المطبوع أرقى ، كلما زادت المكونات التي يمكن أن تستوعبها الشريحة النهائية ، مما يساعد على تحسين كفاءة الإنتاج وتقليل تكلفة كل مكون. في هذا المجال ، فإن التكنولوجيا الجديدة التي تجذب حاليًا الكثير من الاهتمام هي الطباعة الحجرية EUV. طورت LAM Research Group بشكل مشترك تقنية مصورة للفيلم جاف جديدة مع شركاء استراتيجيين ASML و IMEC. يمكن أن تحسن هذه التكنولوجيا بشكل كبير من إنتاجية وعملية تعرض الطباعة الحجرية EUV من خلال تحسين الدقة (عامل رئيسي في عرض دائرة الضبط الدقيقة).

تطوير

تتمثل الخطوة بعد التعرض في رش المطور على الرقاقة ، والغرض من ذلك هو إزالة المقاوم الضوئي في المنطقة المكتشفة للنمط ، بحيث يمكن الكشف عن نمط الدائرة المطبوعة. بعد الانتهاء من التطوير ، يجب فحصه بواسطة معدات قياس مختلفة ومجاهر بصرية لضمان جودة مخطط الدائرة.

الخطوة 4: الحفر

بعد الانتهاء من التصوير الضوئي لرسم التخطيط للدائرة على الرقاقة ، يتم استخدام عملية الحفر لإزالة أي فيلم أكسيد الزائد وترك مخطط دائرة أشباه الموصلات فقط. للقيام بذلك ، يتم استخدام السائل أو الغاز أو البلازما لإزالة الأجزاء الزائدة المحددة. هناك طريقتان رئيسيتان للحفر ، اعتمادًا على المواد المستخدمة: الحفر الرطب باستخدام محلول كيميائي معين للتفاعل كيميائيًا لإزالة فيلم الأكسيد ، والحفر الجاف باستخدام الغاز أو البلازما.

الحفر الرطب

الحفر الرطب باستخدام الحلول الكيميائية لإزالة أفلام الأكسيد له مزايا منخفضة التكلفة وسرعة الحفر السريعة والإنتاجية العالية. ومع ذلك ، فإن الحفر الرطب هو الخواص ، أي أن سرعته هي نفسها في أي اتجاه. يؤدي هذا إلى عدم محاذاة القناع (أو الفيلم الحساس) تمامًا مع فيلم الأكسيد المحفور ، لذلك من الصعب معالجة مخططات الدائرة الدقيقة.

الحفر الجاف

يمكن تقسيم الحفر الجاف إلى ثلاثة أنواع مختلفة. الأول هو الحفر الكيميائي ، والذي يستخدم غازات الحفر (الفلوريد الهيدروجين بشكل رئيسي). مثل الحفر الرطب ، هذه الطريقة متساوية الخواص ، مما يعني أنه غير مناسب للحفر الدقيق.

الطريقة الثانية هي الضعف المادي ، الذي يستخدم الأيونات في البلازما للتأثير على طبقة الأكسيد الزائدة وإزالتها. كطريقة للحفر متباين الخواص ، يكون للحفر المتشوق معدلات حفر مختلفة في الاتجاهات الأفقية والرأسية ، لذلك فإن الدقة أفضل أيضًا من الحفر الكيميائي. ومع ذلك ، فإن عيب هذه الطريقة هو أن سرعة الحفر بطيئة لأنها تعتمد بالكامل على التفاعل المادي الناجم عن تصادم أيون.

الطريقة الثالثة الثالثة هي الحفر الأيوني التفاعلي (RIE). يجمع RIE بين الطريقتين الأولين ، أي ، أثناء استخدام البلازما للحفر الفيزيائي للتأين ، يتم الحفر الكيميائي بمساعدة الجذور الحرة المتولدة بعد تنشيط البلازما. بالإضافة إلى سرعة الحفر التي تتجاوز الطريقتين الأولين ، يمكن لـ RIE استخدام الخصائص متباينة الخواص للأيونات لتحقيق نقش عالي الدقة.

اليوم ، تم استخدام الحفر الجاف على نطاق واسع لتحسين محصول دوائر أشباه الموصلات الدقيقة. يعد الحفاظ على توحيد النقش الكامل وزيادة سرعة الحفر أمرًا بالغ الأهمية ، كما أن معدات الحفر الجافة الأكثر تقدماً اليوم تدعم إنتاج رقائق المنطق والذاكرة الأكثر تقدماً بأداء أعلى.

الفيتوك شبه الموصلات هي الشركة المصنعة الصينية المحترفةطلاء كربيد تانتالوم, طلاء كربيد السيليكون, الجرافيت الخاص, السيراميك سيليكون كربيدوسيراميك أشباه الموصلات الأخرى. تلتزم Vetek Semiconductor بتوفير حلول متقدمة لمختلف منتجات Wefer SIC لصناعة أشباه الموصلات.

إذا كنت مهتمًا بالمنتجات المذكورة أعلاه ، فلا تتردد في الاتصال بنا مباشرة.  

الغوغاء: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

البريد الإلكتروني: anny@veteksemi.com