Çip istehsal prosesinin tam izahı (1/2): gofretdən qablaşdırmaya və sınaqdan keçirməyə qədər

Hər bir yarımkeçirici məhsulun istehsalı yüzlərlə proses tələb edir və bütün istehsal prosesi səkkiz mərhələyə bölünür:vafli emalı - oksidləşmə - fotolitoqrafiya - aşındırma - nazik filmin çökməsi - qarşılıqlı əlaqə - sınaq - qablaşdırma.

Addım 1:Gofret emalı

Bütün yarımkeçirici proseslər bir qum dənəsindən başlayır! Çünki qumun tərkibində olan silikon vafli istehsalı üçün lazım olan xammaldır. Vaflilər silikon (Si) və ya qallium arsenidindən (GaAs) hazırlanmış tək kristal silindrlərdən kəsilmiş yuvarlaq dilimlərdir. Yüksək təmizlikli silikon materialları çıxarmaq üçün tərkibində 95%-ə qədər silikon dioksid olan xüsusi material olan silisium qumu lazımdır ki, bu da vaflilərin hazırlanması üçün əsas xammaldır. Vafli emalı yuxarıdakı vaflilərin hazırlanması prosesidir.

Külçə tökmə

Birincisi, tərkibindəki dəm qazı və silisiumu ayırmaq üçün qumun qızdırılması lazımdır və ultra yüksək saflıqda elektron dərəcəli silikon (EG-Si) alınana qədər proses təkrarlanır. Yüksək təmiz silikon maye halında əriyir və sonra yarımkeçirici istehsalında ilk addım olan "külçə" adlanan tək kristal bərk formada bərkiyir.

Silikon külçələrin (silikon sütunların) istehsal dəqiqliyi çox yüksəkdir, nanometr səviyyəsinə çatır və geniş istifadə olunan istehsal üsulu Czochralski üsuludur.

Külçə kəsmə

Əvvəlki addım başa çatdıqdan sonra külçənin iki ucunu almaz mişarla kəsmək və sonra müəyyən qalınlıqda nazik dilimlərə kəsmək lazımdır. Külçə diliminin diametri vaflinin ölçüsünü müəyyən edir. Daha böyük və daha nazik vaflilər daha çox istifadə edilə bilən vahidlərə bölünə bilər ki, bu da istehsal xərclərini azaltmağa kömək edir. Silikon külçəni kəsdikdən sonra, sonrakı addımlarda emal istiqamətinin standart olaraq təyin edilməsini asanlaşdırmaq üçün dilimlərə "düz sahə" və ya "çuxur" işarələri əlavə etmək lazımdır.

Gofret səthinin cilalanması

Yuxarıdakı kəsmə prosesi ilə əldə edilən dilimlərə "çılpaq vafli", yəni işlənməmiş "xam vafli" deyilir. Çılpaq vaflinin səthi qeyri-bərabərdir və dövrə nümunəsi birbaşa onun üzərində çap edilə bilməz. Buna görə də, əvvəlcə daşlama və kimyəvi aşındırma prosesləri ilə səth qüsurlarını aradan qaldırmaq, daha sonra hamar bir səth yaratmaq üçün cilalamaq və təmiz səthə malik hazır vafli əldə etmək üçün qalıq çirkləndiriciləri təmizləmək yolu ilə təmizləmək lazımdır.

Addım 2: Oksidləşmə

Oksidləşmə prosesinin rolu vaflinin səthində qoruyucu bir film yaratmaqdır. O, vaflini kimyəvi çirklərdən qoruyur, sızma cərəyanının dövrəyə daxil olmasının qarşısını alır, ion implantasiyası zamanı diffuziyanın qarşısını alır və aşındırma zamanı vaflinin sürüşməsinin qarşısını alır.

Oksidləşmə prosesinin ilk addımı çirkləri və çirkləndiriciləri çıxarmaqdır. Üzvi maddələrin, metal çirklərinin çıxarılması və qalıq suyun buxarlanması üçün dörd addım tələb olunur. Təmizləndikdən sonra vafli 800 ilə 1200 dərəcə Selsi arasında yüksək temperatur mühitində yerləşdirilə bilər və vaflinin səthində oksigen və ya buxar axını ilə silikon dioksid (yəni "oksid") təbəqəsi əmələ gəlir. Oksigen oksid təbəqəsi vasitəsilə yayılır və silisiumla reaksiyaya girərək müxtəlif qalınlıqda oksid təbəqəsi əmələ gətirir və onun qalınlığı oksidləşmə başa çatdıqdan sonra ölçülə bilər.

Quru oksidləşmə və yaş oksidləşmə Oksidləşmə reaksiyasındakı müxtəlif oksidləşdiricilərdən asılı olaraq, istilik oksidləşmə prosesini quru oksidləşmə və yaş oksidləşməyə bölmək olar. Birincisi, yavaş, lakin oksid təbəqəsi nazik və sıx olan bir silikon dioksid təbəqəsi istehsal etmək üçün saf oksigendən istifadə edir. Sonuncu həm oksigen, həm də yüksək həll olunan su buxarını tələb edir, bu, sürətli böyümə sürəti ilə xarakterizə olunur, lakin aşağı sıxlığa malik nisbətən qalın bir qoruyucu təbəqədir.

Oksidləşdirici ilə yanaşı, silikon dioksid təbəqəsinin qalınlığına təsir edən digər dəyişənlər də var. Birincisi, vafli strukturu, onun səthi qüsurları və daxili dopinq konsentrasiyası oksid təbəqəsinin əmələ gəlmə sürətinə təsir edəcəkdir. Bundan əlavə, oksidləşmə avadanlığının yaratdığı təzyiq və temperatur nə qədər yüksək olarsa, oksid təbəqəsi bir o qədər tez əmələ gələcək. Oksidləşmə prosesi zamanı vaflini qorumaq və oksidləşmə dərəcəsindəki fərqi azaltmaq üçün vaflinin vahiddəki vəziyyətinə uyğun olaraq dummy təbəqədən də istifadə etmək lazımdır.

Addım 3: Fotolitoqrafiya

Fotolitoqrafiya, dövrə naxışını işıq vasitəsilə vafli üzərində "çap etməkdir". Biz bunu vaflinin səthində yarımkeçirici istehsalı üçün lazım olan müstəvi xəritəsini çəkmək kimi başa düşə bilərik. Dövrə naxışının incəliyi nə qədər yüksək olarsa, bitmiş çipin inteqrasiyası bir o qədər yüksəkdir, bu da qabaqcıl fotolitoqrafiya texnologiyası vasitəsilə əldə edilməlidir. Xüsusilə, fotolitoqrafiya üç mərhələyə bölünə bilər: örtük fotorezisti, ekspozisiya və inkişaf.

Kaplama

Vafli üzərində bir dövrə çəkməyin ilk addımı fotorezisti oksid təbəqəsinə örtməkdir. Fotorezist, vaflinin kimyəvi xassələrini dəyişdirərək onu "fotoşəkil kağızı"na çevirir. Gofretin səthindəki fotorezist təbəqə nə qədər incə olarsa, örtük bir o qədər vahid olur və çap edilə bilən naxış bir o qədər incədir. Bu addım "spin örtük" üsulu ilə edilə bilər. İşıq (ultrabənövşəyi) reaktivliyindəki fərqə görə fotorezistləri iki növə bölmək olar: müsbət və mənfi. Birincisi, işığa məruz qaldıqdan sonra parçalanacaq və yox olacaq, açıqlanmayan sahənin naxışını tərk edəcək, ikincisi isə işığa məruz qaldıqdan sonra polimerləşəcək və məruz qalan hissənin naxışını göstərəcəkdir.

Məruz qalma

Fotorezist plyonka vafli üzərində örtüldükdən sonra, işığın təsirinə nəzarət etməklə dövrə çapı tamamlana bilər. Bu prosesə "məruz qalma" deyilir. Biz işığı ekspozisiya avadanlığından seçici şəkildə keçirə bilərik. İşıq dövrə nümunəsini ehtiva edən maskadan keçdikdə, dövrə aşağıda fotorezist filmlə örtülmüş vafli üzərində çap edilə bilər.

Ekspozisiya prosesi zamanı çap nümunəsi nə qədər incə olsa, son çip bir o qədər çox komponenti yerləşdirə bilər ki, bu da istehsalın səmərəliliyini artırmağa və hər bir komponentin maya dəyərini azaltmağa kömək edir. Bu sahədə hazırda çox diqqət çəkən yeni texnologiya EUV litoqrafiyasıdır. Lam Araşdırma Qrupu strateji tərəfdaşları ASML və imec ilə birlikdə yeni quru film fotorezist texnologiyasını işləyib hazırlayıb. Bu texnologiya ayırdetmə qabiliyyətini yaxşılaşdırmaqla EUV litoqrafiyaya məruz qalma prosesinin məhsuldarlığını və məhsuldarlığını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər (dövrə eninin dəqiq tənzimlənməsində əsas amil).

İnkişaf

Ekspozisiyadan sonrakı addım, tərtibatçını vafli üzərinə püskürtməkdir, məqsəd naxışın örtülməmiş sahəsindəki fotorezisti çıxarmaqdır ki, çap dövrə nümunəsi aşkar olunsun. İnkişaf başa çatdıqdan sonra, dövrə diaqramının keyfiyyətini təmin etmək üçün onu müxtəlif ölçü cihazları və optik mikroskoplar ilə yoxlamaq lazımdır.

Addım 4: Oyma

Dövrə diaqramının fotolitoqrafiyası vaflidə tamamlandıqdan sonra hər hansı artıq oksid filmini çıxarmaq və yalnız yarımkeçirici dövrə diaqramını tərk etmək üçün aşındırma prosesi istifadə olunur. Bunun üçün seçilmiş artıq hissələri çıxarmaq üçün maye, qaz və ya plazma istifadə olunur. İstifadə olunan maddələrdən asılı olaraq aşındırmanın iki əsas üsulu var: oksid təbəqəsini çıxarmaq üçün kimyəvi reaksiya vermək üçün xüsusi kimyəvi məhluldan istifadə edərək yaş aşındırma və qaz və ya plazma ilə quru aşındırma.

Yaş aşındırma

Oksid təbəqələrini çıxarmaq üçün kimyəvi məhlullardan istifadə edərək yaş aşındırma aşağı qiymət, sürətli aşındırma sürəti və yüksək məhsuldarlıq üstünlüklərinə malikdir. Bununla belə, yaş aşındırma izotropdur, yəni sürəti istənilən istiqamətdə eynidir. Bu, maskanın (və ya həssas filmin) həkk olunmuş oksid filmi ilə tam uyğunlaşmamasına səbəb olur, buna görə də çox incə dövrə diaqramlarını emal etmək çətindir.

Quru aşındırma

Quru aşındırma üç müxtəlif növə bölünə bilər. Birincisi, aşındırıcı qazlardan (əsasən hidrogen flüorid) istifadə edən kimyəvi aşındırmadır. Yaş aşındırma kimi, bu üsul izotropdur, yəni incə aşındırma üçün uyğun deyil.

İkinci üsul, artıq oksid təbəqəsini vurmaq və çıxarmaq üçün plazmadakı ionlardan istifadə edən fiziki püskürtmədir. Anizotropik aşındırma üsulu olaraq, püskürtmə ilə aşındırma üfüqi və şaquli istiqamətlərdə müxtəlif aşındırma sürətlərinə malikdir, buna görə də onun incəliyi kimyəvi aşındırmadan daha yaxşıdır. Bununla belə, bu metodun dezavantajı, aşındırma sürətinin yavaş olmasıdır, çünki o, tamamilə ion toqquşması nəticəsində yaranan fiziki reaksiyaya əsaslanır.

Sonuncu üçüncü üsul reaktiv ion aşındırmadır (RIE). RIE ilk iki üsulu birləşdirir, yəni ionlaşdırma fiziki aşındırma üçün plazmadan istifadə edərkən, kimyəvi aşındırma plazmanın aktivləşdirilməsindən sonra yaranan sərbəst radikalların köməyi ilə həyata keçirilir. İlk iki metodu aşan aşındırma sürətinə əlavə olaraq, RIE yüksək dəqiqlikli naxışlara nail olmaq üçün ionların anizotrop xüsusiyyətlərindən istifadə edə bilər.

Bu gün quru aşındırma incə yarımkeçirici sxemlərin məhsuldarlığını artırmaq üçün geniş istifadə edilmişdir. Tam vafli aşındırma vahidliyini saxlamaq və aşındırma sürətini artırmaq çox vacibdir və bu günün ən qabaqcıl quru aşındırma avadanlığı daha yüksək performansa malik ən qabaqcıl məntiq və yaddaş çiplərinin istehsalını dəstəkləyir.

VeTek Semiconductor peşəkar Çin istehsalçısıdırTantal karbid örtüyü, Silikon Karbid Kaplama, Xüsusi Qrafit, Silikon karbid keramikavəDigər yarımkeçirici keramika. VeTek Semiconductor yarımkeçirici sənayesi üçün müxtəlif SiC Wafer məhsulları üçün qabaqcıl həllər təqdim etməyə sadiqdir.

Əgər yuxarıda göstərilən məhsullarla maraqlanırsınızsa, zəhmət olmasa bizimlə birbaşa əlaqə saxlayın.  

Mob: +86-180 6922 0752

WhatsAPP: +86 180 6922 0752

E-poçt: anny@veteksemi.com