Im Jahr 2020 wurden weltweit mehr als eine Billion Chips produziert, was 130 Chips entspricht, die jeder Mensch auf dem Planeten besitzt und nutzt.Dennoch zeigt die jüngste Chipknappheit weiterhin, dass diese Zahl ihre Obergrenze noch nicht erreicht hat.
Obwohl Chips bereits in so großem Maßstab hergestellt werden können, ist ihre Herstellung keine leichte Aufgabe.Der Herstellungsprozess von Chips ist komplex, und heute werden wir die sechs wichtigsten Schritte behandeln: Abscheidung, Fotolackbeschichtung, Lithographie, Ätzen, Ionenimplantation und Verpackung.
Ablage
Der Abscheidungsschritt beginnt mit dem Wafer, der aus einem Zylinder aus 99,99 % reinem Silizium (auch „Siliziumbarren“ genannt) geschnitten und auf eine extrem glatte Oberfläche poliert wird. Anschließend wird ein dünner Film aus Leiter-, Isolator- oder Halbleitermaterial abgeschieden Je nach strukturellen Anforderungen werden die Schichten auf den Wafer aufgebracht, sodass die erste Schicht darauf gedruckt werden kann.Dieser wichtige Schritt wird oft als „Ablagerung“ bezeichnet.
Da die Chips immer kleiner werden, wird das Drucken von Mustern auf Wafern immer komplexer.Fortschritte in der Abscheidung, Ätzung und Lithographie sind der Schlüssel zur immer kleineren Herstellung von Chips und treiben so die Fortsetzung des Mooreschen Gesetzes voran.Dazu gehören innovative Techniken, die neue Materialien verwenden, um den Abscheidungsprozess präziser zu gestalten.
Photoresist-Beschichtung
Anschließend werden die Wafer mit einem lichtempfindlichen Material namens „Photoresist“ (auch „Photoresist“ genannt) beschichtet.Es gibt zwei Arten von Fotolacken – „positive Fotolacke“ und „negative Fotolacke“.
Der Hauptunterschied zwischen positiven und negativen Fotolacken besteht in der chemischen Struktur des Materials und der Art und Weise, wie der Fotolack auf Licht reagiert.Bei positiven Fotolacken verändert die dem UV-Licht ausgesetzte Fläche ihre Struktur, wird löslicher und bereitet sie so für das Ätzen und Abscheiden vor.Negative Fotolacke hingegen polymerisieren an den lichtexponierten Stellen und sind dadurch schwieriger aufzulösen.Positive Fotolacke werden am häufigsten in der Halbleiterfertigung verwendet, da sie eine höhere Auflösung erreichen können und daher eine bessere Wahl für die Lithographiephase sind.Mittlerweile gibt es weltweit eine Reihe von Unternehmen, die Fotolacke für die Halbleiterfertigung herstellen.
Fotolithographie
Die Fotolithographie ist im Chip-Herstellungsprozess von entscheidender Bedeutung, da sie bestimmt, wie klein die Transistoren auf dem Chip sein können.In diesem Stadium werden die Wafer in eine Fotolithographiemaschine gelegt und tiefem ultraviolettem Licht ausgesetzt.Oftmals sind sie tausendmal kleiner als ein Sandkorn.
Licht wird durch eine „Maskenplatte“ auf den Wafer projiziert und die Lithographieoptik (die Linse des DUV-Systems) schrumpft und fokussiert das entworfene Schaltkreismuster auf der Maskenplatte auf den Fotolack auf dem Wafer.Wenn das Licht auf den Fotolack trifft, kommt es, wie bereits beschrieben, zu einer chemischen Veränderung, die das Muster auf der Maskenplatte auf die Fotolackbeschichtung prägt.
Das genau richtige belichtete Muster zu erhalten, ist eine knifflige Aufgabe, da dabei Partikelinterferenzen, Brechungen und andere physikalische oder chemische Defekte möglich sind.Aus diesem Grund müssen wir manchmal das endgültige Belichtungsmuster optimieren, indem wir das Muster auf der Maske gezielt korrigieren, damit das gedruckte Muster so aussieht, wie wir es möchten.Unser System verwendet „Computerlithographie“, um algorithmische Modelle mit Daten der Lithographiemaschine und Testwafern zu kombinieren, um ein Maskendesign zu erzeugen, das sich völlig vom endgültigen Belichtungsmuster unterscheidet, aber das ist es, was wir erreichen wollen, denn nur so können wir das erreichen gewünschte Belichtungsmuster.
Radierung
Der nächste Schritt besteht darin, den beschädigten Fotolack zu entfernen, um das gewünschte Muster freizulegen.Während des „Ätzvorgangs“ wird der Wafer gebacken und entwickelt, und ein Teil des Fotolacks wird abgewaschen, um ein 3D-Muster mit offenen Kanälen freizulegen.Der Ätzprozess muss präzise und konsistent leitfähige Merkmale bilden, ohne die Gesamtintegrität und Stabilität der Chipstruktur zu beeinträchtigen.Fortschrittliche Ätztechniken ermöglichen es Chipherstellern, Doppel-, Vierfach- und abstandshalterbasierte Muster zu verwenden, um die winzigen Abmessungen moderner Chipdesigns zu erzeugen.
Ätzen wird wie Fotolacke in „trockene“ und „nasse“ Typen unterteilt.Beim Trockenätzen wird ein Gas verwendet, um das freigelegte Muster auf dem Wafer zu definieren.Beim Nassätzen werden chemische Verfahren zur Reinigung des Wafers eingesetzt.
Ein Chip besteht aus Dutzenden von Schichten, daher muss das Ätzen sorgfältig kontrolliert werden, um eine Beschädigung der darunter liegenden Schichten einer mehrschichtigen Chipstruktur zu vermeiden.Wenn der Zweck des Ätzens darin besteht, einen Hohlraum in der Struktur zu erzeugen, muss sichergestellt werden, dass die Tiefe des Hohlraums genau stimmt.Bei einigen Chipdesigns mit bis zu 175 Schichten, wie beispielsweise 3D-NAND, ist der Ätzschritt besonders wichtig und schwierig.
Ioneninjektion
Sobald das Muster auf den Wafer geätzt ist, wird der Wafer mit positiven oder negativen Ionen bombardiert, um die Leitfähigkeitseigenschaften eines Teils des Musters anzupassen.Als Material für Wafer ist der Rohstoff Silizium weder ein perfekter Isolator noch ein perfekter Leiter.Die Leitfähigkeitseigenschaften von Silizium liegen irgendwo dazwischen.
Geladene Ionen in den Siliziumkristall zu leiten, damit der Stromfluss gesteuert werden kann, um die elektronischen Schalter zu erzeugen, die die Grundbausteine des Chips, die Transistoren, bilden, wird „Ionisation“ oder auch „Ionenimplantation“ genannt.Nachdem die Schicht ionisiert wurde, wird der verbleibende Fotolack, der zum Schutz des ungeätzten Bereichs dient, entfernt.
Verpackung
Um einen Chip auf einem Wafer herzustellen, sind Tausende von Schritten erforderlich, und vom Entwurf bis zur Produktion dauert es mehr als drei Monate.Um den Chip vom Wafer zu entfernen, wird er mit einer Diamantsäge in einzelne Chips zerschnitten.Diese als „Bare Die“ bezeichneten Chips werden aus einem 12-Zoll-Wafer, der in der Halbleiterfertigung am häufigsten verwendeten Größe, abgetrennt. Da die Größe der Chips variiert, können einige Wafer Tausende von Chips enthalten, während andere nur wenige enthalten Dutzend.
Diese nackten Wafer werden dann auf einem „Substrat“ platziert – einem Substrat, das Metallfolie verwendet, um die Eingangs- und Ausgangssignale vom nackten Wafer an den Rest des Systems zu leiten.Anschließend wird er mit einem „Kühlkörper“ abgedeckt, einem kleinen, flachen Schutzbehälter aus Metall, der ein Kühlmittel enthält, um sicherzustellen, dass der Chip während des Betriebs kühl bleibt.
Unternehmensprofil
Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd. produziert und exportiert seit 2010 verschiedene kleine Bestückungsautomaten. Durch die Nutzung unserer eigenen umfangreichen Erfahrung in Forschung und Entwicklung sowie einer gut ausgebildeten Produktion genießt NeoDen bei Kunden auf der ganzen Welt einen hervorragenden Ruf.
Mit weltweiter Präsenz in über 130 Ländern profitieren Sie von der hervorragenden Leistung, hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit von NeoDenPNP-MaschinenMachen Sie sie perfekt für Forschung und Entwicklung, professionelles Prototyping und die Produktion kleiner bis mittlerer Serien.Wir bieten professionelle Lösungen für SMT-Geräte aus einer Hand.
Hinzufügen: Nr. 18, Tianzihu Avenue, Stadt Tianzihu, Kreis Anji, Stadt Huzhou, Provinz Zhejiang, China
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24.04.2022