Une explication complète du processus de fabrication des puces (1/2): de la plaquette à l'emballage et aux tests

La fabrication de chaque produit semi-conducteur nécessite des centaines de processus, et l'ensemble du processus de fabrication est divisé en huit étapes:traitement de la tranche - oxydation - photolithographie - gravure - Dépôt de couches minces - interconnexion - essai - conditionnement.

Étape 1:Traitement de la tranche

Tous les processus semi-conducteurs commencent par un grain de sable! Parce que le silicium contenu dans le sable est la matière première nécessaire pour produire des plaquettes. Les plaquettes sont des tranches rondes coupées de cylindres monocristallins en silicium (Si) ou de l'arséniure de gallium (GaAs). Pour extraire des matériaux de silicium de haute pureté, le sable de silice, un matériau spécial avec une teneur en dioxyde de silicium allant jusqu'à 95%, est nécessaire, ce qui est également la principale matière première pour faire des plaquettes. Le traitement des plaquettes est le processus de fabrication des plaquettes ci-dessus.

Moulage de lingot

Premièrement, le sable doit être chauffé pour séparer le monoxyde de carbone et le silicium, et le processus est répété jusqu'à ce que le silicium électronique à ultra-pureté (EG-SI) soit obtenu. Le silicium de haute pureté se fond dans le liquide puis se solidifie en une forme solide à cristal monocristal, appelé "lingot", qui est la première étape de la fabrication de semi-conducteurs.

La précision de fabrication des lingots de silicium (piliers de silicium) est très élevée, atteignant le niveau nanométrique, et la méthode de fabrication largement utilisée est la méthode Czochralski.

Coupe de lingot

Une fois l'étape précédente terminée, il est nécessaire de couper les deux extrémités du lingot avec une scie en diamant, puis de le couper en fines tranches d'une certaine épaisseur. Le diamètre de la tranche de lingot détermine la taille de la tranche. Des plaquettes plus grandes et plus minces peuvent être divisées en unités plus utilisables, ce qui aide à réduire les coûts de production. Après avoir coupé le lingot de silicium, il est nécessaire d'ajouter des marques de "surface plate" ou "bossées" sur les tranches pour faciliter la définition de la direction de traitement comme standard dans les étapes suivantes.

Polissage de surface de la tranche

Les tranches obtenues par le processus de coupe ci-dessus sont appelées "wafers nues", c'est-à-dire des "tranches brutes" non transformées. La surface de la tranche nue est inégale et le motif de circuit ne peut pas être imprimé directement dessus. Par conséquent, il est nécessaire d'éliminer d'abord les défauts de surface par des processus de broyage et de gravure chimique, puis de polir pour former une surface lisse, puis de retirer les contaminants résiduels par le nettoyage pour obtenir une tranche finie avec une surface propre.

Étape 2: oxydation

Le rôle du processus d'oxydation est de former un film protecteur à la surface de la tranche. Il protège la tranche des impuretés chimiques, empêche le courant de fuite d'entrer dans le circuit, empêche la diffusion pendant l'implantation ionique et empêche la tranche de glisser pendant la gravure.

La première étape du processus d'oxydation consiste à éliminer les impuretés et les contaminants. Il faut quatre étapes pour éliminer les matières organiques, les impuretés métalliques et évaporer l'eau résiduelle. Après le nettoyage, la tranche peut être placée dans un environnement à haute température de 800 à 1200 degrés Celsius, et une couche de dioxyde de silicium (c'est-à-dire "oxyde") est formée par l'écoulement d'oxygène ou de vapeur à la surface de la tranche. L'oxygène diffuse à travers la couche d'oxyde et réagit avec le silicium pour former une couche d'oxyde d'épaisseur variable, et son épaisseur peut être mesurée une fois l'oxydation terminée.

L'oxydation sèche et l'oxydation humide en fonction des différents oxydants dans la réaction d'oxydation, le processus d'oxydation thermique peut être divisé en oxydation sèche et oxydation humide. Le premier utilise de l'oxygène pur pour produire une couche de dioxyde de silicium, qui est lente mais la couche d'oxyde est mince et dense. Ce dernier nécessite à la fois de l'oxygène et de la vapeur d'eau hautement soluble, qui se caractérise par un taux de croissance rapide mais une couche protectrice relativement épaisse à faible densité.

En plus de l'oxydant, il existe d'autres variables qui affectent l'épaisseur de la couche de dioxyde de silicium. Premièrement, la structure de la plaquette, ses défauts de surface et sa concentration de dopage interne affecteront le taux de génération de couche d'oxyde. De plus, plus la pression et la température générées par l'équipement d'oxydation sont élevées, plus la couche d'oxyde sera générée rapidement. Pendant le processus d'oxydation, il est également nécessaire d'utiliser une feuille factice en fonction de la position de la tranche dans l'unité pour protéger la tranche et réduire la différence de degré d'oxydation.

Étape 3: Photolithographie

La photolithographie consiste à "imprimer" le motif de circuit sur la tranche à travers la lumière. Nous pouvons le comprendre comme dessinant la carte plane requise pour la fabrication de semi-conducteurs à la surface de la tranche. Plus la finesse du motif de circuit est élevée, plus l'intégration de la puce finie, qui doit être réalisée grâce à une technologie de photolithographie avancée. Plus précisément, la photolithographie peut être divisée en trois étapes: la photorésistaire de revêtement, l'exposition et le développement.

Revêtement

La première étape de dessiner un circuit sur une tranche consiste à enrober la photorésistaire sur la couche d'oxyde. La photororésist fait de la tranche un "papier photo" en modifiant ses propriétés chimiques. Plus la couche de photorésistaire mince à la surface de la tranche, plus le revêtement est uniforme et plus le motif qui peut être imprimé. Cette étape peut être effectuée par la méthode "revêtement de spin". Selon la différence de réactivité légère (ultraviolet), les photorésistaires peuvent être divisés en deux types: positifs et négatifs. Le premier se décomposera et disparaîtra après l'exposition à la lumière, laissant le motif de la zone non exposée, tandis que le second se polymérisera après exposition à la lumière et fera apparaître le motif de la partie exposée.

Exposition

Une fois le film de photorésistaire couvert sur la tranche, l'impression du circuit peut être terminée en contrôlant l'exposition à la lumière. Ce processus est appelé "exposition". Nous pouvons passer sélectivement la lumière à travers l'équipement d'exposition. Lorsque la lumière passe à travers le masque contenant le motif du circuit, le circuit peut être imprimé sur la tranche recouverte du film de photorésistaire ci-dessous.

Pendant le processus d'exposition, plus le motif imprimé est fin, plus la puce finale peut s'adapter aux composants, ce qui aide à améliorer l'efficacité de la production et à réduire le coût de chaque composant. Dans ce domaine, la nouvelle technologie qui attire actuellement beaucoup d'attention est la lithographie EUV. LAM Research Group a développé conjointement une nouvelle technologie de photorésité de films sèches avec des partenaires stratégiques ASML et IMEC. Cette technologie peut considérablement améliorer la productivité et le rendement du processus d'exposition à la lithographie EUV en améliorant la résolution (un facteur clé de la largeur du circuit de réglage fin).

Développement

L'étape après l'exposition est de pulvériser le développeur sur la tranche, le but est de retirer la photorésistaire dans la zone découverte du motif, afin que le motif de circuit imprimé puisse être révélé. Une fois le développement terminé, il doit être vérifié par divers équipements de mesure et microscopes optiques pour assurer la qualité du diagramme du circuit.

Étape 4: gravure

Une fois la photolithographie du diagramme du circuit terminé sur la plaquette, un processus de gravure est utilisé pour éliminer tout excès de film d'oxyde et ne laisser que le diagramme du circuit semi-conducteur. Pour ce faire, le liquide, le gaz ou le plasma est utilisé pour éliminer les pièces excédentaires sélectionnées. Il existe deux principales méthodes de gravure, selon les substances utilisées: la gravure humide en utilisant une solution chimique spécifique pour réagir chimiquement pour éliminer le film d'oxyde et la gravure sèche à l'aide de gaz ou de plasma.

Gravure humide

La gravure humide à l'aide de solutions chimiques pour éliminer les films d'oxyde présente les avantages de faible coût, de vitesse de gravure rapide et de productivité élevée. Cependant, la gravure humide est isotrope, c'est-à-dire que sa vitesse est la même dans n'importe quelle direction. Cela amène le masque (ou le film sensible) à ne pas être complètement aligné avec le film d'oxyde gravé, il est donc difficile de traiter des diagrammes de circuits très fins.

Gravure à sec

La gravure à sec peut être divisée en trois types différents. Le premier est la gravure chimique, qui utilise des gaz de gravure (principalement du fluorure d'hydrogène). Comme la gravure humide, cette méthode est isotrope, ce qui signifie qu'elle ne convient pas à la gravure fine.

La deuxième méthode est la pulvérisation physique, qui utilise des ions dans le plasma pour avoir un impact et éliminer l'excès de couche d'oxyde. En tant que méthode de gravure anisotrope, la gravure de la pulvérisation a des taux de gravure différents dans les directions horizontales et verticales, donc sa finesse est également meilleure que la gravure chimique. Cependant, l'inconvénient de cette méthode est que la vitesse de gravure est lente car elle repose entièrement sur la réaction physique causée par la collision ionique.

La dernière troisième méthode est la gravure des ions réactifs (RIE). RIE combine les deux premières méthodes, c'est-à-dire, tout en utilisant du plasma pour la gravure physique d'ionisation, la gravure chimique est réalisée à l'aide de radicaux libres générés après l'activation du plasma. En plus de la vitesse de gravure dépassant les deux premières méthodes, RIE peut utiliser les caractéristiques anisotropes des ions pour obtenir la gravure du modèle de haute précision.

Aujourd'hui, la gravure à sec a été largement utilisée pour améliorer le rendement des circuits de semi-conducteurs fins. Le maintien de l'uniformité de gravure de la gravure et de la vitesse de gravure croissante est essentiel, et l'équipement de gravure sec le plus avancé d'aujourd'hui prend en charge la production de la logique et des puces mémoire les plus avancées avec des performances plus élevées.

Vetek Semiconductor est un fabricant chinois professionnel deRevêtement en carbure de tantale, Revêtement en carbure de silicium, Graphite spécial, Céramique en carbure de siliciumetAutres céramiques semi-conducteurs. VETEK Semiconductor s'engage à fournir des solutions avancées pour divers produits de plaquette SIC pour l'industrie des semi-conducteurs.

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