شرح كامل لعملية تصنيع الرقائق (1/2): من الرقاقة إلى التعبئة والتغليف والاختبار

يتطلب تصنيع كل منتج من منتجات أشباه الموصلات مئات العمليات، وتنقسم عملية التصنيع بأكملها إلى ثماني خطوات:معالجة الرقاقة - أكسدة - الطباعة الحجرية الضوئية - النقش - ترسيب الأغشية الرقيقة - الربط البيني - اختبار - التعبئة والتغليف.

الخطوة 1:معالجة الرقاقة

جميع عمليات أشباه الموصلات تبدأ بحبة رمل! لأن السيليكون الموجود في الرمال هو المادة الخام اللازمة لإنتاج الرقائق. الرقائق عبارة عن شرائح مستديرة مقطوعة من أسطوانات بلورية مفردة مصنوعة من السيليكون (Si) أو زرنيخيد الغاليوم (GaAs). ولاستخراج مواد السيليكون عالية النقاء، هناك حاجة إلى رمل السيليكا، وهي مادة خاصة تحتوي على ثاني أكسيد السيليكون بنسبة تصل إلى 95%، وهي أيضًا المادة الخام الرئيسية لصنع الرقائق. معالجة الرقاقات هي عملية صنع الرقاقات المذكورة أعلاه.

صب السبائك

أولاً، يجب تسخين الرمال لفصل أول أكسيد الكربون والسيليكون الموجود فيها، وتكرر العملية حتى يتم الحصول على سيليكون عالي النقاء من الدرجة الإلكترونية (EG-Si). يذوب السيليكون عالي النقاء إلى سائل ثم يتصلب إلى شكل صلب بلوري واحد، يسمى "السبيكة"، وهي الخطوة الأولى في تصنيع أشباه الموصلات.

دقة تصنيع سبائك السيليكون (أعمدة السيليكون) عالية جدًا، حيث تصل إلى مستوى النانومتر، وطريقة التصنيع المستخدمة على نطاق واسع هي طريقة تشوتشرالسكي.

قطع سبيكة

بعد الانتهاء من الخطوة السابقة، من الضروري قطع طرفي السبيكة بمنشار ماسي ثم تقطيعها إلى شرائح رفيعة بسماكة معينة. يحدد قطر شريحة السبيكة حجم الرقاقة. يمكن تقسيم الرقاقات الأكبر والأرق إلى وحدات أكثر قابلية للاستخدام، مما يساعد على تقليل تكاليف الإنتاج. بعد قطع سبيكة السيليكون، من الضروري إضافة علامات "منطقة مسطحة" أو "دنت" على الشرائح لتسهيل تحديد اتجاه المعالجة كمعيار في الخطوات اللاحقة.

تلميع سطح الرقاقة

تسمى الشرائح التي تم الحصول عليها من خلال عملية القطع المذكورة أعلاه "الرقائق العارية"، أي "الرقائق الخام" غير المعالجة. سطح الرقاقة العارية غير مستوي ولا يمكن طباعة نمط الدائرة مباشرة عليه. لذلك، من الضروري أولاً إزالة عيوب السطح من خلال عمليات الطحن والنقش الكيميائي، ثم الصقل لتشكيل سطح أملس، ثم إزالة الملوثات المتبقية من خلال التنظيف للحصول على رقاقة نهائية ذات سطح نظيف.

الخطوة 2: الأكسدة

يتمثل دور عملية الأكسدة في تكوين طبقة واقية على سطح الرقاقة. فهو يحمي الرقاقة من الشوائب الكيميائية، ويمنع تسرب التيار من دخول الدائرة، ويمنع الانتشار أثناء زرع الأيونات، ويمنع الرقاقة من الانزلاق أثناء التنميش.

الخطوة الأولى في عملية الأكسدة هي إزالة الشوائب والملوثات. يتطلب الأمر أربع خطوات لإزالة المواد العضوية والشوائب المعدنية وتبخر الماء المتبقي. بعد التنظيف، يمكن وضع الرقاقة في بيئة ذات درجة حرارة عالية تتراوح من 800 إلى 1200 درجة مئوية، وتتكون طبقة ثاني أكسيد السيليكون (أي "أكسيد") من تدفق الأكسجين أو البخار على سطح الرقاقة. وينتشر الأكسجين عبر طبقة الأكسيد ويتفاعل مع السيليكون ليشكل طبقة أكسيد ذات سماكة متفاوتة، ويمكن قياس سمكها بعد اكتمال الأكسدة.

الأكسدة الجافة والأكسدة الرطبة اعتمادًا على المواد المؤكسدة المختلفة في تفاعل الأكسدة، يمكن تقسيم عملية الأكسدة الحرارية إلى أكسدة جافة وأكسدة رطبة. يستخدم الأول الأكسجين النقي لإنتاج طبقة ثاني أكسيد السيليكون، وهي طبقة بطيئة ولكن طبقة الأكسيد رقيقة وكثيفة. ويتطلب الأخير كلاً من الأكسجين وبخار الماء عالي الذوبان، والذي يتميز بمعدل نمو سريع ولكن بطبقة واقية سميكة نسبيًا ذات كثافة منخفضة.

بالإضافة إلى المادة المؤكسدة، هناك متغيرات أخرى تؤثر على سمك طبقة ثاني أكسيد السيليكون. أولاً، سيؤثر هيكل الرقاقة وعيوب سطحها وتركيز المنشطات الداخلي على معدل توليد طبقة الأكسيد. بالإضافة إلى ذلك، كلما ارتفع الضغط ودرجة الحرارة الناتجة عن معدات الأكسدة، كلما تم توليد طبقة الأكسيد بشكل أسرع. أثناء عملية الأكسدة، من الضروري أيضًا استخدام ورقة وهمية وفقًا لموضع الرقاقة في الوحدة لحماية الرقاقة وتقليل الفرق في درجة الأكسدة.

الخطوة 3: الطباعة الضوئية

الطباعة الحجرية الضوئية هي "طباعة" نمط الدائرة على الرقاقة من خلال الضوء. يمكننا أن نفهم ذلك على أنه رسم الخريطة المستوية اللازمة لتصنيع أشباه الموصلات على سطح الرقاقة. كلما زادت دقة نمط الدائرة، زاد تكامل الشريحة النهائية، وهو ما يجب تحقيقه من خلال تقنية الطباعة الحجرية الضوئية المتقدمة. على وجه التحديد، يمكن تقسيم الطباعة الحجرية الضوئية إلى ثلاث خطوات: طلاء مقاوم الضوء، والتعرض، والتطوير.

طلاء

الخطوة الأولى لرسم دائرة على رقاقة هي طلاء مقاوم الضوء بطبقة الأكسيد. يقوم مقاوم الضوء بتحويل الرقاقة إلى "ورق صور" عن طريق تغيير خصائصها الكيميائية. كلما كانت الطبقة المقاومة للضوء على سطح الرقاقة أرق، كلما كان الطلاء أكثر تجانسًا، وأصبح النموذج الذي يمكن طباعته أدق. يمكن تنفيذ هذه الخطوة بطريقة "الطلاء الدوراني". وفقا للاختلاف في تفاعل الضوء (الأشعة فوق البنفسجية)، يمكن تقسيم مقاومات الضوء إلى نوعين: إيجابي وسالب. سوف يتحلل الأول ويختفي بعد التعرض للضوء، تاركًا نمط المنطقة غير المعرضة، في حين أن الأخير سوف يتبلمر بعد التعرض للضوء ويجعل نمط الجزء المكشوف يظهر.

التعرض

بعد تغطية الفيلم المقاوم للضوء على الرقاقة، يمكن إكمال طباعة الدائرة عن طريق التحكم في التعرض للضوء. هذه العملية تسمى "التعرض". يمكننا تمرير الضوء بشكل انتقائي من خلال معدات التعرض. عندما يمر الضوء عبر القناع الذي يحتوي على نمط الدائرة، يمكن طباعة الدائرة على الرقاقة المطلية بطبقة مقاومة للضوء أدناه.

أثناء عملية التعريض، كلما كان النمط المطبوع أكثر دقة، كلما زاد عدد المكونات التي يمكن للرقاقة النهائية استيعابها، مما يساعد على تحسين كفاءة الإنتاج وتقليل تكلفة كل مكون. في هذا المجال، التكنولوجيا الجديدة التي تجتذب الكثير من الاهتمام حاليًا هي الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية. قامت مجموعة Lam Research Group بتطوير تقنية جديدة لمقاومة الضوء للأغشية الجافة مع الشركاء الاستراتيجيين ASML وimec. يمكن لهذه التقنية أن تحسن بشكل كبير إنتاجية وإنتاجية عملية التعرض للطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية من خلال تحسين الدقة (عامل رئيسي في ضبط عرض الدائرة).

تطوير

الخطوة بعد التعريض هي رش المطور على الرقاقة، والغرض من ذلك هو إزالة مقاوم الضوء في المنطقة المكشوفة من النموذج، بحيث يمكن الكشف عن نمط الدائرة المطبوعة. بعد اكتمال التطوير، يجب فحصه بواسطة أجهزة قياس مختلفة ومجاهر بصرية لضمان جودة مخطط الدائرة.

الخطوة 4: النقش

بعد اكتمال الطباعة الحجرية الضوئية لمخطط الدائرة على الرقاقة، يتم استخدام عملية الحفر لإزالة أي فيلم أكسيد زائد وترك مخطط دائرة أشباه الموصلات فقط. للقيام بذلك، يتم استخدام السائل أو الغاز أو البلازما لإزالة الأجزاء الزائدة المحددة. هناك طريقتان رئيسيتان للحفر، اعتمادًا على المواد المستخدمة: النقش الرطب باستخدام محلول كيميائي محدد للتفاعل كيميائيًا لإزالة طبقة الأكسيد، والحفر الجاف باستخدام الغاز أو البلازما.

النقش الرطب

يتميز النقش الرطب باستخدام المحاليل الكيميائية لإزالة أفلام الأكسيد بمزايا التكلفة المنخفضة وسرعة النقش السريعة والإنتاجية العالية. ومع ذلك، فإن النقش الرطب متناحٍ، أي أن سرعته هي نفسها في أي اتجاه. يؤدي هذا إلى عدم محاذاة القناع (أو الفيلم الحساس) تمامًا مع فيلم الأكسيد المحفور، لذلك من الصعب معالجة مخططات الدوائر الدقيقة جدًا.

النقش الجاف

يمكن تقسيم النقش الجاف إلى ثلاثة أنواع مختلفة. الأول هو النقش الكيميائي، والذي يستخدم غازات النقش (فلوريد الهيدروجين بشكل أساسي). مثل النقش الرطب، هذه الطريقة متناحية الخواص، مما يعني أنها غير مناسبة للحفر الدقيق.

الطريقة الثانية هي الرش الفيزيائي، والذي يستخدم الأيونات الموجودة في البلازما للتأثير على طبقة الأكسيد الزائدة وإزالتها. باعتبارها طريقة نقش متباينة الخواص، فإن النقش بالرش له معدلات نقش مختلفة في الاتجاهين الأفقي والرأسي، لذا فإن دقته أفضل أيضًا من النقش الكيميائي. ومع ذلك، فإن عيب هذه الطريقة هو أن سرعة النقش بطيئة لأنها تعتمد كليًا على التفاعل الفيزيائي الناتج عن الاصطدام الأيوني.

الطريقة الثالثة الأخيرة هي النقش الأيوني التفاعلي (RIE). يجمع RIE بين الطريقتين الأوليين، أي أنه أثناء استخدام البلازما للتأين الفيزيائي، يتم تنفيذ النقش الكيميائي بمساعدة الجذور الحرة المتولدة بعد تنشيط البلازما. بالإضافة إلى سرعة النقش التي تتجاوز الطريقتين الأوليين، يمكن لـ RIE استخدام الخصائص متباينة الخواص للأيونات لتحقيق نقش نمط عالي الدقة.

اليوم، تم استخدام الحفر الجاف على نطاق واسع لتحسين إنتاجية دوائر أشباه الموصلات الدقيقة. يعد الحفاظ على تجانس النقش الكامل للرقاقة وزيادة سرعة النقش أمرًا بالغ الأهمية، كما أن معدات النقش الجاف الأكثر تقدمًا اليوم تدعم إنتاج شرائح المنطق والذاكرة الأكثر تقدمًا بأداء أعلى.

VeTek Semiconductor هي شركة صينية محترفة لتصنيعطلاء كربيد التنتالوم, طلاء كربيد السيليكون, الجرافيت الخاص, سيراميك كربيد السيليكونوسيراميك أشباه الموصلات الأخرى. تلتزم VeTek Semiconductor بتوفير حلول متقدمة لمختلف منتجات SiC Wafer لصناعة أشباه الموصلات.

إذا كنت مهتما بالمنتجات المذكورة أعلاه، فلا تتردد في الاتصال بنا مباشرة.  

الجوال: +86-180 6922 0752

واتساب: +86 180 6922 0752

البريد الإلكتروني: anny@veteksemi.com