Penjelasan lengkap proses pembuatan chip (1/2): mulai dari wafer hingga pengemasan dan pengujian

Pembuatan setiap produk semikonduktor memerlukan ratusan proses, dan keseluruhan proses pembuatan dibagi menjadi delapan langkah:pengolahan wafer - oksidasi - fotolitografi - etsa - deposisi film tipis - interkoneksi - pengujian - kemasan.

Langkah 1:Pengolahan wafer

Semua proses semikonduktor dimulai dengan sebutir pasir! Pasalnya silikon yang terkandung di dalam pasir merupakan bahan baku yang dibutuhkan untuk memproduksi wafer. Wafer adalah irisan bulat yang dipotong dari silinder kristal tunggal yang terbuat dari silikon (Si) atau galium arsenida (GaAs). Untuk mengekstrak bahan silikon dengan kemurnian tinggi diperlukan pasir silika, bahan khusus dengan kandungan silikon dioksida hingga 95% yang juga merupakan bahan baku utama pembuatan wafer. Pengolahan wafer adalah proses pembuatan wafer di atas.

Pengecoran batangan

Pertama, pasir perlu dipanaskan untuk memisahkan karbon monoksida dan silikon di dalamnya, dan proses ini diulangi hingga diperoleh silikon kelas elektronik dengan kemurnian sangat tinggi (EG-Si). Silikon dengan kemurnian tinggi meleleh menjadi cairan dan kemudian mengeras menjadi bentuk padat kristal tunggal, yang disebut "ingot", yang merupakan langkah pertama dalam pembuatan semikonduktor.

Ketepatan pembuatan ingot silikon (pilar silikon) sangat tinggi, mencapai tingkat nanometer, dan metode pembuatan yang banyak digunakan adalah metode Czochralski.

Pemotongan batangan

Setelah langkah sebelumnya selesai, kedua ujung batangan perlu dipotong dengan gergaji berlian kemudian dipotong menjadi irisan tipis dengan ketebalan tertentu. Diameter irisan ingot menentukan ukuran wafer. Wafer yang lebih besar dan tipis dapat dibagi menjadi unit-unit yang lebih berguna, sehingga membantu mengurangi biaya produksi. Setelah ingot silikon dipotong, perlu ditambahkan tanda "area datar" atau "penyok" pada irisan untuk memudahkan pengaturan arah pemrosesan sebagai standar pada langkah selanjutnya.

Pemolesan permukaan wafer

Irisan yang diperoleh melalui proses pemotongan di atas disebut "wafer telanjang", yaitu "wafer mentah" yang belum diolah. Permukaan wafer telanjang tidak rata dan pola sirkuit tidak dapat dicetak langsung di atasnya. Oleh karena itu, cacat permukaan perlu dihilangkan terlebih dahulu melalui proses penggilingan dan etsa kimia, kemudian dipoles hingga membentuk permukaan yang halus, kemudian menghilangkan sisa kontaminan melalui pembersihan untuk mendapatkan wafer jadi dengan permukaan yang bersih.

Langkah 2: Oksidasi

Peran proses oksidasi adalah membentuk lapisan pelindung pada permukaan wafer. Ini melindungi wafer dari kotoran kimia, mencegah arus bocor memasuki sirkuit, mencegah difusi selama implantasi ion, dan mencegah wafer tergelincir selama etsa.

Langkah pertama dari proses oksidasi adalah menghilangkan kotoran dan kontaminan. Dibutuhkan empat langkah untuk menghilangkan bahan organik, kotoran logam dan menguapkan sisa air. Setelah dibersihkan, wafer dapat ditempatkan di lingkungan bersuhu tinggi 800 hingga 1200 derajat Celcius, dan lapisan silikon dioksida (yaitu "oksida") dibentuk oleh aliran oksigen atau uap pada permukaan wafer. Oksigen berdifusi melalui lapisan oksida dan bereaksi dengan silikon membentuk lapisan oksida dengan ketebalan yang bervariasi, dan ketebalannya dapat diukur setelah oksidasi selesai.

Oksidasi kering dan oksidasi basah Tergantung pada oksidan yang berbeda dalam reaksi oksidasi, proses oksidasi termal dapat dibagi menjadi oksidasi kering dan oksidasi basah. Yang pertama menggunakan oksigen murni untuk menghasilkan lapisan silikon dioksida, yang lambat tetapi lapisan oksidanya tipis dan padat. Yang terakhir ini membutuhkan oksigen dan uap air yang sangat larut, yang ditandai dengan laju pertumbuhan yang cepat namun lapisan pelindung yang relatif tebal dengan kepadatan rendah.

Selain oksidan, ada variabel lain yang mempengaruhi ketebalan lapisan silikon dioksida. Pertama, struktur wafer, cacat permukaannya, dan konsentrasi doping internal akan mempengaruhi laju pembentukan lapisan oksida. Selain itu, semakin tinggi tekanan dan temperatur yang dihasilkan oleh peralatan oksidasi, maka semakin cepat pula terbentuknya lapisan oksida. Selama proses oksidasi juga perlu menggunakan dummy sheet sesuai dengan posisi wafer di dalam unit untuk melindungi wafer dan mengurangi perbedaan bilangan oksidasi.

Langkah 3: Fotolitografi

Fotolitografi adalah "mencetak" pola sirkuit ke wafer melalui cahaya. Kita dapat memahaminya dengan menggambar peta bidang yang diperlukan untuk pembuatan semikonduktor pada permukaan wafer. Semakin tinggi kehalusan pola rangkaian, semakin tinggi integrasi chip jadi, yang harus dicapai melalui teknologi fotolitografi canggih. Secara khusus, fotolitografi dapat dibagi menjadi tiga langkah: pelapisan photoresist, pemaparan dan pengembangan.

Lapisan

Langkah pertama menggambar sirkuit pada wafer adalah melapisi photoresist pada lapisan oksida. Photoresist menjadikan wafer sebagai "kertas foto" dengan mengubah sifat kimianya. Semakin tipis lapisan photoresist pada permukaan wafer, semakin seragam lapisannya, dan semakin halus pola yang dapat dicetak. Langkah ini dapat dilakukan dengan metode “spin coat”. Menurut perbedaan reaktivitas cahaya (ultraviolet), photoresist dapat dibagi menjadi dua jenis: positif dan negatif. Yang pertama akan terurai dan hilang setelah terkena cahaya, meninggalkan pola area yang tidak terkena cahaya, sedangkan yang terakhir akan berpolimerisasi setelah terkena cahaya dan membuat pola bagian yang terbuka muncul.

Paparan

Setelah film photoresist ditutup pada wafer, pencetakan sirkuit dapat diselesaikan dengan mengontrol paparan cahaya. Proses ini disebut "paparan". Kita dapat melewatkan cahaya secara selektif melalui peralatan eksposur. Ketika cahaya melewati topeng yang berisi pola sirkuit, sirkuit tersebut dapat dicetak pada wafer yang dilapisi film fotoresist di bawahnya.

Selama proses pemaparan, semakin halus pola yang dicetak, semakin banyak komponen yang dapat ditampung oleh chip akhir, sehingga membantu meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi biaya setiap komponen. Di bidang ini, teknologi baru yang saat ini banyak menarik perhatian adalah litografi EUV. Lam Research Group bersama-sama mengembangkan teknologi photoresist film kering baru dengan mitra strategis ASML dan imec. Teknologi ini dapat sangat meningkatkan produktivitas dan hasil proses pemaparan litografi EUV dengan meningkatkan resolusi (faktor kunci dalam menyempurnakan lebar sirkuit).

Perkembangan

Langkah setelah pemaparan adalah menyemprotkan developer pada wafer, tujuannya untuk menghilangkan photoresist pada area pola yang tidak tertutup, sehingga pola rangkaian yang tercetak dapat terungkap. Setelah pengembangan selesai, perlu dilakukan pengecekan dengan berbagai alat ukur dan mikroskop optik untuk menjamin kualitas diagram rangkaian.

Langkah 4: Mengetsa

Setelah fotolitografi diagram sirkuit selesai pada wafer, proses etsa digunakan untuk menghilangkan kelebihan film oksida dan hanya menyisakan diagram sirkuit semikonduktor. Untuk melakukan ini, cairan, gas atau plasma digunakan untuk menghilangkan bagian berlebih yang dipilih. Ada dua metode utama pengetsaan, bergantung pada bahan yang digunakan: pengetsaan basah menggunakan larutan kimia tertentu untuk bereaksi secara kimia guna menghilangkan lapisan oksida, dan pengetsaan kering menggunakan gas atau plasma.

Etsa basah

Pengetsaan basah menggunakan larutan kimia untuk menghilangkan lapisan oksida memiliki keunggulan berupa biaya rendah, kecepatan pengetsaan cepat, dan produktivitas tinggi. Namun, etsa basah bersifat isotropik, artinya kecepatannya sama ke segala arah. Hal ini menyebabkan masker (atau film sensitif) tidak sepenuhnya sejajar dengan film oksida yang tergores, sehingga sulit untuk memproses diagram sirkuit yang sangat halus.

Etsa Kering

Etsa kering dapat dibagi menjadi tiga jenis. Yang pertama adalah etsa kimia, yang menggunakan gas etsa (terutama hidrogen fluorida). Seperti etsa basah, metode ini bersifat isotropik, artinya tidak cocok untuk etsa halus.

Metode kedua adalah sputtering fisik, yang menggunakan ion-ion dalam plasma untuk mempengaruhi dan menghilangkan lapisan oksida berlebih. Sebagai metode etsa anisotropik, etsa sputtering memiliki laju etsa yang berbeda pada arah horizontal dan vertikal, sehingga kehalusannya juga lebih baik dibandingkan etsa kimia. Namun kelemahan metode ini adalah kecepatan etsa yang lambat karena bergantung sepenuhnya pada reaksi fisik akibat tumbukan ion.

Metode ketiga yang terakhir adalah reactive ion etching (RIE). RIE menggabungkan dua metode pertama, yaitu saat menggunakan plasma untuk etsa fisik ionisasi, etsa kimia dilakukan dengan bantuan radikal bebas yang dihasilkan setelah aktivasi plasma. Selain kecepatan etsa yang melebihi dua metode pertama, RIE dapat menggunakan karakteristik anisotropik ion untuk mencapai pola etsa dengan presisi tinggi.

Saat ini, etsa kering telah banyak digunakan untuk meningkatkan hasil rangkaian semikonduktor halus. Mempertahankan keseragaman etsa wafer penuh dan meningkatkan kecepatan etsa sangat penting, dan peralatan etsa kering tercanggih saat ini mendukung produksi chip logika dan memori tercanggih dengan kinerja lebih tinggi.

VeTek Semiconductor adalah produsen Cina profesionalLapisan Tantalum Karbida, Lapisan Silikon Karbida, Grafit Khusus, Keramik Silikon KarbidaDanKeramik Semikonduktor Lainnya. VeTek Semiconductor berkomitmen untuk menyediakan solusi canggih untuk berbagai produk SiC Wafer untuk industri semikonduktor.

Jika Anda tertarik dengan produk di atas, jangan ragu untuk menghubungi kami secara langsung.  

Massa: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

Surel: anny@veteksemi.com