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

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

---

الخطوة 5: ترسب فيلم رفيع

من أجل إنشاء الأجهزة الصغيرة داخل الشريحة ، نحتاج إلى إيداع طبقات الأفلام الرقيقة بشكل مستمر وإزالة الأجزاء الزائدة عن طريق الحفر ، وكذلك إضافة بعض المواد لفصل الأجهزة المختلفة. تم تصميم كل ترانزستور أو خلية ذاكرة خطوة بخطوة من خلال العملية أعلاه. يشير "الفيلم الرقيق" الذي نتحدث عنه هنا إلى "فيلم" بسمك أقل من ميكرون (ميكرون ، مليون متر) لا يمكن تصنيعه بواسطة طرق معالجة ميكانيكية عادية. عملية وضع فيلم يحتوي على الوحدات الجزيئية أو الذرية المطلوبة على رقاقة هي "ترسب".

لتشكيل بنية أشباه الموصلات متعددة الطبقات ، نحتاج أولاً إلى صنع مكدس للجهاز ، أي بالتناوب مع بعض الطبقات المعدنية الرقيقة (الموصلة) والأفلام العازلة (العازلة) على سطح الرقاقة ، ثم إزالة الأجزاء الزائدة من خلال عمليات الحفر المتكررة لتشكيل هيكل ثلاثي الأبعاد. تشمل التقنيات التي يمكن استخدامها لعمليات الترسيب ترسب البخار الكيميائي (CVD) ، وترسب الطبقة الذرية (ALD) ، وترسب البخار المادي (PVD) ، ويمكن تقسيم الطرق باستخدام هذه التقنيات إلى ترسب جاف ورطب.

ترسيب البخار الكيميائي (CVD)

في ترسب البخار الكيميائي ، تتفاعل غازات السلائف في غرفة التفاعل لتشكيل فيلم رفيع متصل بسطح الرقاقة والمنتجات الثانوية التي يتم ضخها خارج الغرفة. يستخدم ترسيب البخار الكيميائي المحسّن بالبلازما البلازما لتوليد الغازات المتفاعلة. هذه الطريقة تقلل من درجة حرارة التفاعل ، مما يجعلها مثالية للهياكل الحساسة لدرجة الحرارة. يمكن أن يؤدي استخدام البلازما أيضًا إلى تقليل عدد الترسبات ، مما يؤدي غالبًا إلى أفلام عالية الجودة.

ترسب الطبقة الذرية (ALD)

يشكل ترسب الطبقة الذرية أفلامًا رقيقة من خلال إيداع عدد قليل من الطبقات الذرية في وقت واحد. مفتاح هذه الطريقة هو ركوب الخطوات المستقلة التي يتم تنفيذها بترتيب معين والحفاظ على تحكم جيد. يعد طلاء سطح الويفر مع السلائف الخطوة الأولى ، ثم يتم إدخال غازات مختلفة للتفاعل مع السلائف لتشكيل المادة المطلوبة على سطح الرقاقة.

ترسب البخار المادي (PVD)

كما يوحي الاسم ، يشير ترسب البخار المادي إلى تكوين الأفلام الرقيقة بالوسائل المادية. الثرثرة هي طريقة ترسيب بخار مادي تستخدم بلازما الأرجون لتخفيف الذرات من الهدف وإيداعها على سطح رقاقة لتشكيل فيلم رفيع. في بعض الحالات ، يمكن علاج الفيلم المودع وتحسينه من خلال تقنيات مثل المعالجة الحرارية فوق البنفسجية (UVTP).

الخطوة 6: الترابط

توصيلية أشباه الموصلات بين الموصلات وغير الموصلات (أي العوازل) ، والتي تتيح لنا التحكم الكامل في تدفق الكهرباء. يمكن لعمليات الطباعة الحجرية القائمة على الويفر أن تقوم ببناء مكونات مثل الترانزستورات ، لكنها بحاجة إلى توصيلها لتمكين نقل واستقبال الطاقة والإشارات.

يتم استخدام المعادن لترابط الدائرة بسبب الموصلية. تحتاج المعادن المستخدمة في أشباه الموصلات إلى تلبية الشروط التالية:

· مقاومة منخفضة: بما أن الدوائر المعدنية تحتاج إلى تمرير التيار ، يجب أن يكون للمعادن فيها مقاومة منخفضة.

الاستقرار الكيميائي الحراري: يجب أن تظل خصائص المواد المعدنية دون تغيير أثناء عملية الترابط المعدني.

موثوقية عالية: مع تطور تكنولوجيا الدوائر المتكاملة ، يجب أن يكون حتى كميات صغيرة من مواد الاتصال المعدنية متانة كافية.

تكلفة التصنيع: حتى إذا تم استيفاء الشروط الثلاثة الأولى ، فإن تكلفة المواد مرتفعة للغاية لتلبية احتياجات الإنتاج الضخم.

تستخدم عملية الترابط بشكل أساسي مادتين ، الألومنيوم والنحاس.

عملية ربط الألومنيوم

تبدأ عملية ربط الألومنيوم بترسب الألومنيوم ، وتطبيق مقاوم الفوتور ، والتعرض والتطوير ، تليها الحفر لإزالة أي من الألومنيوم والضوء الفائض بشكل انتقائي قبل الدخول إلى عملية الأكسدة. بعد الانتهاء من الخطوات المذكورة أعلاه ، يتم تكرار عمليات التوليف الضوئي والحفر والترسب حتى يتم الانتهاء من التوصيل البيني.

بالإضافة إلى الموصلية الممتازة ، من السهل أيضًا من الألومنيوم أن يوتش الفوتوغرافي والحفر والودائع. بالإضافة إلى ذلك ، يكون له تكلفة منخفضة وتصاق جيد لفيلم الأكسيد. عيوبها هي أنه من السهل التآكل ولديها نقطة انصهار منخفضة. بالإضافة إلى ذلك ، لمنع الألومنيوم من التفاعل مع السيليكون والتسبب في مشاكل في الاتصال ، يجب إضافة رواسب المعادن لفصل الألمنيوم عن الرقاقة. يسمى هذا الودائع "الحاجز المعدني".

تتشكل دوائر الألومنيوم عن طريق الترسب. بعد دخول الرقاقة إلى غرفة الفراغ ، سوف يلتزم فيلم رفيع تشكله جزيئات الألومنيوم بالرقاقة. وتسمى هذه العملية "ترسب البخار (VD)" ، والتي تشمل ترسب البخار الكيميائي وترسب البخار الفيزيائي.

عملية ربط النحاس

نظرًا لأن عمليات أشباه الموصلات تصبح أكثر تطوراً وتقلص أحجام الأجهزة ، فإن سرعة الاتصال والخصائص الكهربائية لدوائر الألومنيوم لم تعد كافية ، وهناك حاجة إلى موصلات جديدة تلبي متطلبات الحجم والتكلفة. السبب الأول الذي يمكن أن يحل النحاس محل الألومنيوم هو أنه يحتوي على مقاومة أقل ، مما يسمح بسرعات اتصال أسرع للجهاز. النحاس أكثر موثوقية أيضًا لأنه أكثر مقاومة للهجرة الكهرومغن ، حركة أيونات المعادن عندما يتدفق التيار عبر المعدن ، من الألمنيوم.

ومع ذلك ، لا يشكل النحاس مركبات بسهولة ، مما يجعل من الصعب تبخير وإزالة من سطح الرقاقة. لمعالجة هذه المشكلة ، بدلاً من حفر النحاس ، نودع وحفر المواد العازلة ، التي تشكل أنماط خط معدني تتكون من الخنادق و Vias عند الحاجة ، ثم ملء "الأنماط" المذكورة أعلاه بالنحاس لتحقيق الترابط ، وهي عملية تسمى "دمشق".

مع استمرار انتشار ذرات النحاس في العازلة ، يتناقص عزل الأخير ويخلق طبقة حاجز تمنع ذرات النحاس من مزيد من الانتشار. ثم يتم تشكيل طبقة بذور نحاسية رقيقة على طبقة الحاجز. تتيح هذه الخطوة الطلاء الكهربائي ، وهو ملء أنماط نسبة العرض إلى الارتفاع العالية مع النحاس. بعد الملء ، يمكن إزالة النحاس الزائد عن طريق التلميع الميكانيكي الكيميائي المعدني (CMP). بعد الانتهاء ، يمكن إيداع فيلم أكسيد ، ويمكن إزالة الفيلم الزائد عن طريق التصوير الفوتوغرافي والحفر. يجب تكرار العملية أعلاه حتى يتم الانتهاء من التوصيل البيني للنحاس.

من المقارنة أعلاه ، يمكن ملاحظة أن الفرق بين الترابط النحاسي وترابط الألومنيوم هو أن النحاس الزائد يتم إزالته بواسطة CMP المعدني بدلاً من الحفر.

الخطوة 7: الاختبار

الهدف الرئيسي من الاختبار هو التحقق مما إذا كانت جودة رقاقة أشباه الموصلات تلبي معيارًا معينًا ، وذلك للقضاء على المنتجات المعيبة وتحسين موثوقية الشريحة. بالإضافة إلى ذلك ، لن تدخل المنتجات المعيبة التي تم اختبارها خطوة التغليف ، مما يساعد على توفير التكلفة والوقت. فرز القالب الإلكتروني (محرران) هو طريقة اختبار للرقائق.

EDS هي عملية تتحقق من الخصائص الكهربائية لكل شريحة في حالة الرقاقة وبالتالي تحسن محصول أشباه الموصلات. يمكن تقسيم EDS إلى خمس خطوات ، على النحو التالي:

01 مراقبة المعلمة الكهربائية (EPM)

EPM هي الخطوة الأولى في اختبار رقاقة أشباه الموصلات. ستختبر هذه الخطوة كل جهاز (بما في ذلك الترانزستورات والمكثفات والثنائيات) المطلوبة لدوائر متكاملة أشباه الموصلات لضمان تلبية المعلمات الكهربائية مع المعايير. تتمثل الوظيفة الرئيسية لـ EPM في توفير بيانات مميزة كهربائية مقاسة ، والتي سيتم استخدامها لتحسين كفاءة عمليات تصنيع أشباه الموصلات وأداء المنتج (وليس للكشف عن المنتجات المعيبة).

02 اختبار شيخوخة الرقاقة

يأتي معدل عيب أشباه الموصلات من جانبين ، وهما معدل عيوب التصنيع (أعلى في المرحلة المبكرة) ومعدل العيوب في دورة الحياة بأكملها. يشير اختبار شيخوخة الرقاقة إلى اختبار الرقاقة تحت درجة حرارة معينة وجهد AC/DC لمعرفة المنتجات التي قد تكون لها عيوب في المرحلة المبكرة ، أي لتحسين موثوقية المنتج النهائي عن طريق اكتشاف العيوب المحتملة.

03 الكشف

بعد اكتمال اختبار الشيخوخة ، يجب توصيل رقاقة أشباه الموصلات بجهاز الاختبار باستخدام بطاقة مسبار ، ثم يمكن إجراء اختبارات درجة الحرارة والسرعة والحركة على الرقاقة للتحقق من وظائف أشباه الموصلات ذات الصلة. يرجى الاطلاع على الجدول للحصول على وصف لخطوات الاختبار المحددة.

04 إصلاح

الإصلاح هو أهم خطوة اختبار لأنه يمكن إصلاح بعض الرقائق المعيبة عن طريق استبدال المكونات الإشكالية.

05 انقطاع

تم حل الرقائق التي فشلت في الاختبار الكهربائي في الخطوات السابقة ، لكن لا يزال يتعين تمييزها لتمييزها. في الماضي ، كنا بحاجة إلى وضع علامة على الرقائق المعيبة بالحبر الخاص للتأكد من أنه يمكن تحديدها بالعين المجردة ، ولكن الآن يقوم النظام بفرزها تلقائيًا وفقًا لقيمة بيانات الاختبار.

الخطوة 8: التغليف

بعد العمليات العديدة السابقة ، ستشكل الرقاقة رقائق مربعة من الحجم المتساوي (المعروف أيضًا باسم "رقائق واحدة"). الشيء التالي الذي يجب فعله هو الحصول على رقائق فردية عن طريق القطع. الرقائق المقطوعة حديثًا هشة للغاية ولا يمكنها تبادل الإشارات الكهربائية ، لذلك يجب معالجتها بشكل منفصل. هذه العملية هي العبوة ، والتي تتضمن تشكيل قشرة واقية خارج شريحة أشباه الموصلات والسماح لها بتبادل الإشارات الكهربائية مع الخارج. تنقسم عملية التغليف بأكملها إلى خمس خطوات ، وهي النشر بالرقاقة ، ومرفق رقاقة واحد ، وترابط البيانئ ، وعلم القولبة واختبار التغليف.

01 رقاقة النشر

من أجل قطع عدد لا يحصى من الرقائق المكثفة من الرقاقة ، يجب علينا أولاً "طحن" الجزء الخلفي من الرقاقة حتى تلبي سمكها احتياجات عملية التغليف. بعد الطحن ، يمكننا قطع خط الكاتب على الرقاقة حتى يتم فصل رقاقة أشباه الموصلات.

هناك ثلاثة أنواع من تقنية النشر الويفر: قطع الشفرة ، قطع الليزر وقطع البلازما. الشفرة هي استخدام شفرة الماس لقطع الرقاقة ، والتي هي عرضة للحرارة الاحتكاكية والحطام وبالتالي تلف الويفر. يحتوي التغلب بالليزر على دقة أعلى ويمكنه بسهولة التعامل مع رقائق بسماكة رقيقة أو تباعد خط الكاتب الصغير. تستخدم Dingma البلازما مبدأ حفر البلازما ، لذلك تنطبق هذه التكنولوجيا أيضًا حتى لو كان تباعد خط الكاتب صغيرًا جدًا.

02 مرفق رقاقة واحد

بعد فصل كل الرقائق عن الرقاقة ، نحتاج إلى إرفاق الرقائق الفردية (رقائق واحدة) إلى الركيزة (إطار الرصاص). تتمثل وظيفة الركيزة في حماية رقائق أشباه الموصلات وتمكينها من تبادل الإشارات الكهربائية مع الدوائر الخارجية. يمكن استخدام المواد اللاصقة السائلة أو الصلبة لتوصيل الرقائق.

03 الترابط

بعد توصيل الشريحة بالركيزة ، نحتاج أيضًا إلى توصيل نقاط التلامس للاثنين لتحقيق تبادل الإشارات الكهربائية. هناك طريقتان للاتصال يمكن استخدامهما في هذه الخطوة: الترابط الأسلاك باستخدام أسلاك معدنية رقيقة وربط رقاقة فليب باستخدام كتل الذهب الكروية أو كتل القصدير. الترابط الأسلاك هو طريقة تقليدية ، ويمكن أن تسرع تقنية الترابط في الرقاقة في تصنيع أشباه الموصلات.

04 صب

بعد الانتهاء من اتصال شريحة أشباه الموصلات ، هناك حاجة إلى عملية صب لإضافة حزمة إلى الجزء الخارجي من الشريحة لحماية الدائرة المتكاملة أشباه الموصلات من الظروف الخارجية مثل درجة الحرارة والرطوبة. بعد إجراء قالب الحزمة حسب الحاجة ، نحتاج إلى وضع شريحة أشباه الموصلات ومركب صب الايبوكسي (EMC) في القالب وإغلاقه. الشريحة المختومة هي الشكل النهائي.

05 اختبار التغليف

يجب أن تجتاز الرقائق التي لديها بالفعل شكلها النهائي اختبار العيب النهائي. يتم الانتهاء من جميع رقائق أشباه الموصلات النهائية التي تدخل الاختبار النهائي رقائق أشباه الموصلات. سيتم وضعها في معدات الاختبار ووضع ظروف مختلفة مثل الجهد ودرجة الحرارة والرطوبة للاختبارات الكهربائية والوظيفية والسرعة. يمكن استخدام نتائج هذه الاختبارات للعثور على العيوب وتحسين جودة المنتج وكفاءة الإنتاج.

تطور تكنولوجيا التغليف

مع انخفاض حجم الرقاقة وزيادة متطلبات الأداء ، خضعت التغليف للعديد من الابتكارات التكنولوجية في السنوات القليلة الماضية. تتضمن بعض تقنيات وحلول التغليف الموجهة نحو المستقبل استخدام الترسب للعمليات الخلفية التقليدية مثل التغليف على مستوى الويفر (WLP) ، وعمليات الابتدائية وتكنولوجيا طبقة إعادة التوزيع (RDL) ، بالإضافة إلى تقنيات الحفر والتنظيف لتصنيع الويفر الأمامي.

ما هي العبوة المتقدمة؟

تتطلب التغليف التقليدي قطع كل شريحة من الرقاقة ووضعها في قالب. العبوة على مستوى الويفر (WLP) هي نوع من تقنية التغليف المتقدمة ، والتي تشير إلى تغليف الشريحة مباشرة على الرقاقة. تتمثل عملية WLP في التعبئة واختبارها أولاً ، ثم فصل جميع الرقائق التي تم تشكيلها عن الرقاقة في وقت واحد. بالمقارنة مع العبوة التقليدية ، فإن ميزة WLP هي انخفاض تكلفة الإنتاج.

يمكن تقسيم العبوة المتقدمة إلى عبوة ثنائية الأبعاد ، وتعبئة 2.5D والتعبئة ثلاثية الأبعاد.

عبوة 2D أصغر

كما ذكرنا سابقًا ، يتضمن الغرض الرئيسي من عملية التغليف إرسال إشارة رقاقة أشباه الموصلات إلى الخارج ، والمطبات التي تشكلت على الرقاقة هي نقاط الاتصال لإرسال إشارات الإدخال/الإخراج. تنقسم هذه المطبات إلى مروحة ومروحة. يوجد على شكل مروحة سابقًا داخل الشريحة ، والمروحة الأخيرة على شكل مروحة تتجاوز نطاق الرقائق. نسمي إشارة الإدخال/الإخراج I/O (الإدخال/الإخراج) ، ويسمى عدد الإدخال/الإخراج عدد الإدخال/الإخراج. يعد عدد الإدخال/الإخراج أساسًا مهمًا لتحديد طريقة التغليف. إذا كان عدد الإدخال/الإخراج منخفضًا ، فسيتم استخدام العبوة المروحة. نظرًا لأن حجم الرقاقة لا يتغير كثيرًا بعد العبوة ، فإن هذه العملية تسمى أيضًا العبوة على نطاق الرقائق (CSP) أو عبوة رقاقة على مستوى الويفر (WLCSP). إذا كان عدد الإدخال/الإخراج مرتفعًا ، فعادةً ما يتم استخدام عبوة المروحة ، تكون طبقات إعادة التوزيع (RDLs) مطلوبة بالإضافة إلى المطبات لتمكين توجيه الإشارة. هذه "عبوة على مستوى الويفر (FOWLP)."

2.5D العبوة

يمكن أن تضع تقنية التعبئة والتغليف 2.5D نوعين أو أكثر من الرقائق في حزمة واحدة مع السماح بتوجيه الإشارات بشكل جانبي ، مما قد يزيد من حجم وأداء الحزمة. تتمثل طريقة التغليف 2.5D الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في وضع الذاكرة والرقائق المنطقية في حزمة واحدة من خلال interposer السيليكون. تتطلب التعبئة والتغليف 2.5D تقنيات أساسية مثل Silicon VIAS (TSVS) ، والمطبات الصغيرة ، و RDLs الراقية.

التغليف ثلاثي الأبعاد

يمكن أن تضع تقنية التغليف ثلاثية الأبعاد نوعين أو أكثر من الرقائق في حزمة واحدة مع السماح بتوجيه الإشارات رأسياً. هذه التكنولوجيا مناسبة لرقائق أشباه الموصلات الأصغر والأعلى وأعلى. يمكن استخدام TSV للرقائق ذات التهم I/O عالية ، ويمكن استخدام الترابط السلكي للرقائق ذات التهم I/O منخفضة ، وفي النهاية تشكل نظام إشارة يتم فيه ترتيب الرقائق رأسياً. تشمل التقنيات الأساسية المطلوبة للتغليف ثلاثي الأبعاد TSV وتكنولوجيا القمامة الصغيرة.

حتى الآن ، تم تقديم الخطوات الثمانية لتصنيع منتجات أشباه الموصلات "معالجة الرقاقة - الأكسدة - التصوير الفوتوغرافيا - الحفر - ترسب فيلم رفيع - التوصيل البيني - التغليف" بالكامل. من "الرمال" إلى "الرقائق" ، تقوم تقنية أشباه الموصلات بإجراء نسخة حقيقية من "Turning Stones إلى Gold".

---

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