Penjelasan lengkap proses pembuatan chip (2/2): 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 - pengendapan film tipis - interkoneksi - pengujian - pengemasan.

Langkah 5: Deposisi film tipis

Untuk membuat perangkat mikro di dalam chip, kita perlu terus-menerus menyimpan lapisan film tipis dan menghilangkan bagian berlebih dengan cara mengetsa, dan juga menambahkan beberapa bahan untuk memisahkan perangkat yang berbeda. Setiap transistor atau sel memori dibangun selangkah demi selangkah melalui proses di atas. "Film tipis" yang kita bicarakan di sini mengacu pada "film" dengan ketebalan kurang dari 1 mikron (μm, sepersejuta meter) yang tidak dapat diproduksi dengan metode pemrosesan mekanis biasa. Proses penempatan film yang mengandung unit molekul atau atom yang diperlukan pada wafer disebut "deposisi".

Untuk membentuk struktur semikonduktor multi-layer, pertama-tama kita perlu membuat tumpukan perangkat, yaitu menumpuk beberapa lapisan film logam tipis (konduktif) dan film dielektrik (isolasi) secara bergantian pada permukaan wafer, lalu membuang kelebihannya. bagian melalui proses etsa berulang untuk membentuk struktur tiga dimensi. Teknik yang dapat digunakan untuk proses pengendapan antara lain deposisi uap kimia (CVD), deposisi lapisan atom (ALD), dan deposisi uap fisik (PVD), dan metode yang menggunakan teknik tersebut dapat dibedakan menjadi deposisi kering dan basah.

Deposisi uap kimia (CVD)

Dalam pengendapan uap kimia, gas prekursor bereaksi dalam ruang reaksi membentuk lapisan tipis yang menempel pada permukaan wafer dan produk sampingan yang dipompa keluar dari ruang tersebut. Deposisi uap kimia yang ditingkatkan plasma menggunakan plasma untuk menghasilkan gas reaktan. Metode ini mengurangi suhu reaksi, sehingga ideal untuk struktur yang sensitif terhadap suhu. Penggunaan plasma juga dapat mengurangi jumlah deposisi, yang seringkali menghasilkan film berkualitas lebih tinggi.

Deposisi lapisan atom (ALD)

Deposisi lapisan atom membentuk lapisan tipis dengan hanya mendepositkan beberapa lapisan atom dalam satu waktu. Kunci dari metode ini adalah dengan menggilir langkah-langkah independen yang dilakukan dalam urutan tertentu dan mempertahankan kontrol yang baik. Melapisi permukaan wafer dengan prekursor adalah langkah pertama, dan kemudian gas yang berbeda dimasukkan untuk bereaksi dengan prekursor untuk membentuk zat yang diinginkan pada permukaan wafer.

Deposisi uap fisik (PVD)

Sesuai dengan namanya, deposisi uap fisik mengacu pada pembentukan lapisan tipis secara fisik. Sputtering adalah metode pengendapan uap fisik yang menggunakan plasma argon untuk memercikkan atom dari target dan menyimpannya di permukaan wafer untuk membentuk film tipis. Dalam beberapa kasus, lapisan film yang diendapkan dapat diolah dan diperbaiki melalui teknik seperti perlakuan termal ultraviolet (UVTP).

Langkah 6: Interkoneksi

Konduktivitas semikonduktor berada di antara konduktor dan non-konduktor (yaitu isolator), yang memungkinkan kita mengontrol aliran listrik sepenuhnya. Proses litografi, etsa, dan pengendapan berbasis wafer dapat membangun komponen seperti transistor, namun komponen tersebut harus dihubungkan untuk memungkinkan transmisi dan penerimaan daya dan sinyal.

Logam digunakan untuk interkoneksi sirkuit karena konduktivitasnya. Logam yang digunakan untuk semikonduktor harus memenuhi ketentuan berikut:

· Resistivitas rendah: Karena rangkaian logam perlu mengalirkan arus, logam di dalamnya harus memiliki resistansi yang rendah.

· Stabilitas termokimia: Sifat bahan logam harus tetap tidak berubah selama proses interkoneksi logam.

· Keandalan yang tinggi: Seiring berkembangnya teknologi sirkuit terpadu, material interkoneksi logam dalam jumlah kecil sekalipun harus memiliki daya tahan yang cukup.

· Biaya produksi: Sekalipun tiga kondisi pertama terpenuhi, biaya material terlalu tinggi untuk memenuhi kebutuhan produksi massal.

Proses interkoneksinya terutama menggunakan dua material, aluminium dan tembaga.

Proses Interkoneksi Aluminium

Proses interkoneksi aluminium dimulai dengan deposisi aluminium, aplikasi photoresist, pemaparan dan pengembangan, dilanjutkan dengan etsa untuk menghilangkan kelebihan aluminium dan photoresist secara selektif sebelum memasuki proses oksidasi. Setelah langkah-langkah di atas selesai, proses fotolitografi, etsa, dan pengendapan diulangi hingga interkoneksi selesai.

Selain konduktivitasnya yang sangat baik, aluminium juga mudah untuk difotolitografi, digores, dan disimpan. Selain itu, ia memiliki biaya rendah dan daya rekat yang baik pada film oksida. Kerugiannya adalah mudah terkorosi dan memiliki titik leleh yang rendah. Selain itu, untuk mencegah aluminium bereaksi dengan silikon dan menyebabkan masalah sambungan, perlu ditambahkan endapan logam untuk memisahkan aluminium dari wafer. Deposit ini disebut "logam penghalang".

Sirkuit aluminium dibentuk oleh pengendapan. Setelah wafer memasuki ruang vakum, lapisan tipis yang dibentuk oleh partikel aluminium akan menempel pada wafer. Proses ini disebut “deposisi uap (VD)”, yang meliputi deposisi uap kimia dan deposisi uap fisik.

Proses Interkoneksi Tembaga

Ketika proses semikonduktor menjadi lebih canggih dan ukuran perangkat menyusut, kecepatan koneksi dan sifat listrik sirkuit aluminium tidak lagi memadai, dan diperlukan konduktor baru yang memenuhi persyaratan ukuran dan biaya. Alasan pertama mengapa tembaga dapat menggantikan aluminium adalah karena ia memiliki resistansi yang lebih rendah, sehingga memungkinkan kecepatan koneksi perangkat lebih cepat. Tembaga juga lebih andal karena lebih tahan terhadap migrasi listrik, yaitu pergerakan ion logam saat arus mengalir melalui logam, dibandingkan aluminium.

Namun tembaga tidak mudah membentuk senyawa sehingga sulit menguap dan dihilangkan dari permukaan wafer. Untuk mengatasi masalah ini, alih-alih mengetsa tembaga, kami menyimpan dan mengetsa bahan dielektrik, yang membentuk pola garis logam yang terdiri dari parit dan vias jika diperlukan, dan kemudian mengisi "pola" tersebut dengan tembaga untuk mencapai interkoneksi, sebuah proses yang disebut "damascene" .

Ketika atom tembaga terus berdifusi ke dalam dielektrik, insulasi dielektrik berkurang dan menciptakan lapisan penghalang yang menghalangi atom tembaga untuk berdifusi lebih lanjut. Lapisan biji tembaga tipis kemudian dibentuk pada lapisan penghalang. Langkah ini memungkinkan pelapisan listrik, yaitu pengisian pola rasio aspek tinggi dengan tembaga. Setelah diisi, kelebihan tembaga dapat dihilangkan dengan pemolesan mekanis kimia logam (CMP). Setelah selesai, film oksida dapat diendapkan, dan kelebihan film dapat dihilangkan dengan proses fotolitografi dan etsa. Proses di atas perlu diulangi hingga interkoneksi tembaga selesai.

Dari perbandingan di atas terlihat bahwa perbedaan antara interkoneksi tembaga dan interkoneksi aluminium adalah kelebihan tembaga dihilangkan dengan logam CMP, bukan dengan etsa.

Langkah 7: Pengujian

Tujuan utama dari pengujian ini adalah untuk memverifikasi apakah kualitas chip semikonduktor memenuhi standar tertentu, sehingga dapat menghilangkan produk cacat dan meningkatkan keandalan chip. Selain itu, produk cacat yang diuji tidak akan memasuki tahap pengemasan, sehingga membantu menghemat biaya dan waktu. Penyortiran cetakan elektronik (EDS) adalah metode pengujian wafer.

EDS adalah proses yang memverifikasi karakteristik kelistrikan setiap chip dalam keadaan wafer dan dengan demikian meningkatkan hasil semikonduktor. EDS dapat dibagi menjadi lima langkah, sebagai berikut:

01 Pemantauan parameter listrik (EPM)

EPM adalah langkah pertama dalam pengujian chip semikonduktor. Langkah ini akan menguji setiap perangkat (termasuk transistor, kapasitor, dan dioda) yang diperlukan untuk sirkuit terpadu semikonduktor untuk memastikan parameter kelistrikannya memenuhi standar. Fungsi utama EPM adalah menyediakan data karakteristik kelistrikan terukur, yang akan digunakan untuk meningkatkan efisiensi proses manufaktur semikonduktor dan kinerja produk (bukan untuk mendeteksi produk cacat).

02 Uji Penuaan Wafer

Tingkat kecacatan semikonduktor berasal dari dua aspek, yaitu tingkat kecacatan produksi (lebih tinggi pada tahap awal) dan tingkat kecacatan di seluruh siklus hidup. Uji penuaan wafer mengacu pada pengujian wafer pada suhu dan tegangan AC/DC tertentu untuk mengetahui produk yang mungkin memiliki cacat pada tahap awal, yaitu untuk meningkatkan keandalan produk akhir dengan menemukan potensi cacat.

03 Deteksi

Setelah uji penuaan selesai, chip semikonduktor perlu dihubungkan ke perangkat uji dengan kartu probe, dan kemudian uji suhu, kecepatan dan gerak dapat dilakukan pada wafer untuk memverifikasi fungsi semikonduktor yang relevan. Silakan lihat tabel untuk penjelasan langkah-langkah pengujian spesifik.

04 Perbaikan

Perbaikan merupakan langkah pengujian yang paling penting karena beberapa chip yang rusak dapat diperbaiki dengan mengganti komponen yang bermasalah.

05 titik

Chip yang gagal uji kelistrikan sudah disortir pada langkah sebelumnya, namun tetap perlu diberi tanda untuk membedakannya. Di masa lalu, kami perlu menandai chip yang rusak dengan tinta khusus untuk memastikan bahwa chip tersebut dapat diidentifikasi dengan mata telanjang, namun sekarang sistem secara otomatis mengurutkannya berdasarkan nilai data pengujian.

Langkah 8: Pengemasan

Setelah beberapa proses sebelumnya, wafer akan membentuk keping persegi dengan ukuran yang sama (disebut juga "kepingan tunggal"). Hal selanjutnya yang harus dilakukan adalah mendapatkan chip individual dengan cara dipotong. Chip yang baru dipotong sangat rapuh dan tidak dapat bertukar sinyal listrik sehingga perlu diproses secara terpisah. Proses ini adalah pengemasan, yang mencakup pembentukan cangkang pelindung di luar chip semikonduktor dan memungkinkannya bertukar sinyal listrik dengan bagian luar. Keseluruhan proses pengemasan dibagi menjadi lima tahap yaitu penggergajian wafer, pemasangan chip tunggal, interkoneksi, pencetakan dan pengujian pengemasan.

01 Penggergajian wafer

Untuk memotong keripik wafer yang tersusun rapat dan tak terhitung jumlahnya, pertama-tama kita harus "menggiling" bagian belakang wafer dengan hati-hati hingga ketebalannya memenuhi kebutuhan proses pengemasan. Setelah digiling, kita dapat memotong sepanjang garis pencungkil pada wafer hingga chip semikonduktor terpisah.

Ada tiga jenis teknologi penggergajian wafer: pemotongan pisau, pemotongan laser, dan pemotongan plasma. Pemotongan pisau adalah penggunaan pisau berlian untuk memotong wafer, yang rentan terhadap panas gesekan dan serpihan sehingga merusak wafer. Pemotongan laser memiliki presisi lebih tinggi dan dapat dengan mudah menangani wafer dengan ketebalan tipis atau jarak garis juru tulis kecil. Pemotongan plasma menggunakan prinsip etsa plasma, sehingga teknologi ini juga dapat diterapkan meskipun jarak garis juru tulis sangat kecil.

02 Lampiran Wafer Tunggal

Setelah semua chip dipisahkan dari wafer, kita perlu memasang masing-masing chip (wafer tunggal) ke substrat (bingkai utama). Fungsi substrat adalah untuk melindungi chip semikonduktor dan memungkinkannya bertukar sinyal listrik dengan sirkuit eksternal. Perekat pita cair atau padat dapat digunakan untuk menempelkan chip.

03 Interkoneksi

Setelah chip dipasang ke substrat, kita juga perlu menghubungkan titik kontak keduanya untuk mencapai pertukaran sinyal listrik. Ada dua metode penyambungan yang dapat digunakan pada langkah ini: pengikatan kawat menggunakan kabel logam tipis dan pengikatan flip chip menggunakan balok emas berbentuk bola atau balok timah. Ikatan kawat adalah metode tradisional, dan teknologi pengikatan flip chip dapat mempercepat produksi semikonduktor.

04 Cetakan

Setelah penyambungan chip semikonduktor selesai, diperlukan proses pencetakan untuk menambahkan paket pada bagian luar chip untuk melindungi sirkuit terpadu semikonduktor dari kondisi eksternal seperti suhu dan kelembaban. Setelah cetakan paket dibuat sesuai kebutuhan, kita perlu memasukkan chip semikonduktor dan senyawa cetakan epoksi (EMC) ke dalam cetakan dan menyegelnya. Chip yang tersegel adalah bentuk akhir.

05 Uji Pengemasan

Keripik yang sudah mempunyai bentuk akhir juga harus lulus uji cacat akhir. Semua chip semikonduktor jadi yang memasuki pengujian akhir adalah chip semikonduktor jadi. Mereka akan ditempatkan di peralatan uji dan mengatur kondisi yang berbeda seperti tegangan, suhu dan kelembaban untuk uji kelistrikan, fungsi dan kecepatan. Hasil pengujian tersebut dapat digunakan untuk menemukan cacat dan meningkatkan kualitas produk serta efisiensi produksi.

Evolusi teknologi pengemasan

Seiring dengan berkurangnya ukuran chip dan peningkatan persyaratan kinerja, pengemasan telah mengalami banyak inovasi teknologi dalam beberapa tahun terakhir. Beberapa teknologi dan solusi pengemasan yang berorientasi masa depan mencakup penggunaan deposisi untuk proses back-end tradisional seperti wafer-level packing (WLP), teknologi proses bumping dan redistribusi layer (RDL), serta teknologi etsa dan pembersihan untuk front-end. pembuatan wafer.

Apa itu kemasan tingkat lanjut?

Pengemasan tradisional mengharuskan setiap keping dipotong dari wafer dan ditempatkan dalam cetakan. Pengemasan tingkat wafer (WLP) adalah jenis teknologi pengemasan canggih, yang mengacu pada pengemasan langsung chip yang masih berada di dalam wafer. Proses WLP adalah mengemas dan menguji terlebih dahulu, kemudian memisahkan semua chip yang terbentuk dari wafer sekaligus. Dibandingkan dengan kemasan tradisional, keunggulan WLP adalah biaya produksi yang lebih rendah.

Pengemasan lanjutan dapat dibedakan menjadi pengemasan 2D, pengemasan 2.5D, dan pengemasan 3D.

Kemasan 2D yang lebih kecil

Seperti disebutkan sebelumnya, tujuan utama dari proses pengemasan termasuk mengirimkan sinyal chip semikonduktor ke luar, dan tonjolan yang terbentuk pada wafer adalah titik kontak untuk mengirimkan sinyal input/output. Benjolan ini dibagi menjadi fan-in dan fan-out. Yang pertama berbentuk kipas berada di dalam chip, dan yang terakhir berbentuk kipas berada di luar jangkauan chip. Sinyal masukan/keluaran kita sebut I/O (input/output), dan jumlah masukan/keluaran disebut jumlah I/O. Jumlah I/O merupakan dasar penting untuk menentukan metode pengemasan. Jika jumlah I/O rendah, digunakan kemasan fan-in. Karena ukuran chip tidak banyak berubah setelah pengemasan, proses ini disebut juga pengemasan skala chip (CSP) atau pengemasan skala chip tingkat wafer (WLCSP). Jika jumlah I/O tinggi, biasanya digunakan kemasan fan-out, dan lapisan redistribusi (RDL) diperlukan selain bump untuk mengaktifkan perutean sinyal. Ini adalah "kemasan tingkat wafer menyebar (FOWLP)."

kemasan 2.5D

Teknologi pengemasan 2.5D dapat menempatkan dua atau lebih jenis chip ke dalam satu paket sekaligus memungkinkan sinyal disalurkan secara lateral, sehingga dapat meningkatkan ukuran dan kinerja paket. Metode pengemasan 2.5D yang paling banyak digunakan adalah dengan memasukkan chip memori dan logika ke dalam satu paket melalui interposer silikon. Pengemasan 2.5D memerlukan teknologi inti seperti through-silicon vias (TSVs), micro bumps, dan fine-pitch RDLs.

kemasan 3D

Teknologi pengemasan 3D dapat menempatkan dua atau lebih jenis chip ke dalam satu paket sekaligus memungkinkan sinyal dirutekan secara vertikal. Teknologi ini cocok untuk chip semikonduktor dengan jumlah I/O yang lebih kecil dan lebih tinggi. TSV dapat digunakan untuk chip dengan jumlah I/O yang tinggi, dan wire bonding dapat digunakan untuk chip dengan jumlah I/O yang rendah, dan pada akhirnya membentuk sistem sinyal di mana chip tersebut disusun secara vertikal. Teknologi inti yang diperlukan untuk pengemasan 3D mencakup teknologi TSV dan micro-bump.

Sejauh ini, delapan langkah pembuatan produk semikonduktor "pemrosesan wafer - oksidasi - fotolitografi - etsa - deposisi film tipis - interkoneksi - pengujian - pengemasan" telah sepenuhnya diperkenalkan. Dari "pasir" hingga "keripik", teknologi semikonduktor melakukan versi nyata dari "mengubah batu menjadi emas".

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