Yarı iletken bileşen üretimi, kritik kontrol ve algılama işlevleri sağlayan çeşitli uygulamalar için ham maddeleri bitmiş bileşenlere dönüştürmek amacıyla bir dizi karmaşık üretim sürecini içerir.
Yarı iletken üretimi, ham maddeleri nihai bitmiş bileşenlere dönüştürmek için bir dizi karmaşık süreci içerir. Yarı iletken üretim süreci genellikle dört ana aşamayı içerir: yonga üretimi, yonga test montajı veya paketleme ve son test. Her aşamanın kendine özgü zorlukları ve fırsatları vardır.
Yarı iletken üretim süreci de maliyet, karmaşıklık, çeşitlilik ve verim gibi birçok zorlukla karşı karşıyadır, ancak aynı zamanda yenilik ve gelişme için harika fırsatlar da sunar. Zorlukların üstesinden gelerek ve fırsatları değerlendirerek, yaşama ve çalışma biçimimizi değiştirecek yeni teknolojilerin geliştirilmesini teşvik edebilir ve aynı zamanda sektörün gelişmeye ve büyümeye devam etmesini sağlayabiliriz.
一. Yarı iletken üretim sürecine genel bakış
Yarı iletkenlerin üretim süreci aşağıdaki temel adımlara ayrılabilir.
1. Gofret hazırlama
Yarı iletken prosesi için başlangıç malzemesi olarak silikon gofretler seçilir. Gofretler temizlenir, cilalanır ve elektronik bileşenlerin üretiminde alt tabaka olarak kullanılmak üzere hazırlanır.
2. Desenlendirme
Bu işlemde, fotolitografi adı verilen bir işlem kullanılarak silikon levhalar üzerinde desenler oluşturulur. Levhanın yüzeyine korozyona dayanıklı bir fotorezist tabakası uygulanır ve ardından levhanın üzerine bir maske yerleştirilir. Maske, ilgili önceden üretilmiş elektronik bileşenlere karşılık gelen bir desene sahiptir. Desen daha sonra ultraviyole ışık kullanılarak maskeden fotorezist tabakasına aktarılır. Daha sonra açığa çıkan fotorezist alanları kaldırılır ve levha üzerinde desenli bir yüzey bırakılır.
3. Malzeme dopingi
Bu adımda, silikon levhaya elektriksel özelliklerini değiştirmek için malzemeler eklenir. En yaygın kullanılan malzemeler, sırasıyla p tipi veya n tipi yarı iletkenler üretmek için küçük miktarlarda eklenebilen bor veya fosfordur. Bu malzemeler, iyon implantasyonu adı verilen bir işlemde iyon hızlandırma kullanılarak levhanın yüzeyine implante edilir.
4. Wafer biriktirme işlemi
Bu işlem sırasında, elektronik bileşenler oluşturmak için ince film malzemeleri bir gofret üzerine biriktirilir. Bu, kimyasal buhar biriktirme (CVD), fiziksel buhar biriktirme (PVD) ve atomik katman biriktirme (ALD) dahil olmak üzere çeşitli tekniklerle elde edilebilir. Bu işlemler, metaller, oksitler ve nitrürler gibi malzemeleri biriktirmek için kullanılabilir.
5. Aşındırma
Elektronik bileşen için gereken şekli ve yapıyı üretmek için plakanın yüzeyinden malzemenin bir kısmını çıkarma. Aşındırma, ıslak aşındırma, kuru aşındırma ve plazma aşındırma gibi çeşitli teknikler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bu işlemler, plakadan belirli malzemeleri seçici olarak çıkarmak için kimyasallar veya plazma kullanır.
6. Paketleme
Elektronik bileşenler, elektronik cihazlarda kullanılabilen nihai bir ürüne paketlenir. Bu, bileşenleri baskılı devre kartı gibi bir alt tabakaya bağlamayı ve ardından bunları teller veya diğer araçlar kullanarak diğer bileşenlere bağlamayı içerir. Yarı iletken süreçleri çok karmaşıktır ve çeşitli özel ekipman ve malzemeler içerir. Bu süreçler, modern elektronik cihazların üretimi için olmazsa olmazdır ve yeni teknolojilerin yinelemesiyle gelişmeye devam etmektedir.
Tipik olarak, yarı iletken çiplerin üretim süreci birkaç haftadan birkaç aya kadar sürer. İlk aşamadan başlayarak, çip için alt tabaka görevi görecek bir silikon gofretin üretilmesi gerekir. Bu süreç tipik olarak temizleme, biriktirme, litografi, aşındırma ve doping işlemlerini içerir. Gofretin yüzlerce farklı işlemden geçmesi gerekebilir, bu nedenle tüm gofret üretim süreci 16-18 haftaya kadar sürebilir.
Tek tek yongalar yonga plakası üzerinde üretildikten sonra, ayrı birimler halinde ayrılmaları ve paketlenmeleri gerekir. Bu ayrıca her yonganın teknik özellikleri karşıladığından emin olmak için test edilmesini ve ardından yonga plakasından ayrılarak pakete veya alt tabakaya monte edilmesini içerir. Yongalar paketlendikten sonra, kalite standartlarını karşıladıklarından ve beklenen işlevleri yerine getirdiklerinden emin olmak için sıkı bir test sürecinden geçeceklerdir. Bu, herhangi bir kusur veya sorunu belirlemek için elektronik testler, işlevsel testler ve diğer doğrulama testlerini çalıştırmayı içerir. Bu ayrıca yonganın karmaşıklığına ve gerekli test gereksinimlerine de bağlıdır, bu nedenle bu paketleme ve test süreci 8-10 hafta sürebilir.
Sonuç olarak, yarı iletken çiplerin üretim süreci, kullanılan ilgili teknolojilere ve çip tasarımının karmaşıklığına bağlı olarak birkaç hafta veya ay sürebilir.
2. Yarıiletken Üretimindeki Trendler ve Zorluklar
1. Desen Transferi
Desen transfer teknolojisindeki gelişmeler, yarı iletken endüstrisinin hızla gelişmesinde önemli bir itici güç haline gelmiş olup, daha küçük ve daha karmaşık elektronik bileşenlerin üretilmesini mümkün kılmıştır.
Desen transfer teknolojisindeki önemli bir ilerleme, desenleri ışık veya diğer radyasyon kaynakları kullanarak bir ortama aktarma süreci olan gelişmiş litografinin geliştirilmesidir. Özellikle, son yıllarda geliştirilen aşırı ultraviyole (EUV) litografi ve çoklu desenleme teknolojisi gibi litografi teknolojileri, daha küçük ve daha karmaşık grafikler üretmek için kullanılır.
EUV litografi, silikon levhalar üzerinde son derece hassas desenler oluşturmak için son derece kısa dalga boylu ışık huzmeleri kullanır. Bu teknoloji, mikroişlemciler gibi gelişmiş elektronik bileşenlerin üretimi için olmazsa olmaz olan birkaç nanometre kadar küçük boyutlar yaratabilir.
Çoklu desenleme, daha küçük desenler oluşturabilen başka bir litografi teknolojisidir. Bu teknoloji, tek bir deseni birden fazla mikro-polar desene ayırmayı ve ardından bunları gofretin yüzeyine aktarmayı içerir. Sonuç olarak, oluşturulan desen litografide kullanılan radyasyonun dalga boyundan daha küçük olabilir.
2. Doping
Katkı maddeleri, elektriksel özelliklerini değiştirmek için silikon gofretlere belirli ortamların eklenmesidir. Katkılama teknolojisindeki gelişmeler, yarı iletken endüstrisinin hızlı gelişiminde önemli bir faktör olmuştur. Bu teknolojik ilerleme, yeni dielektrik malzemelerin ortaya çıkmasından kaynaklanmaktadır.
Geleneksel olarak, bor ve fosfor sırasıyla p tipi ve n tipi yarı iletkenler üretebildikleri için en yaygın kullanılan doping malzemeleridir. Ancak son yıllarda germanyum, arsenik ve antimon gibi yeni malzemeler geliştirildi ve daha karmaşık elektronik bileşenler üretmek için kullanılabilir.
Doping teknolojisindeki bir diğer gelişme ise daha hassas doping süreçlerinin ilerlemesidir. Geçmişte, iyon aşılama, yüksek hızlı iyonların dielektrikleri gofretin yüzeyine aşılamak için kullanılmasını içeren doping için kullanılan ana teknolojiydi. İyon aşılama hala yaygın olarak kullanılsa da, doping sürecinin daha hassas bir şekilde kontrol edilebilmesi için moleküler ışın epitaksisi (MBE) ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) gibi yeni teknolojiler geliştirilmiştir.
3. İfade
Biriktirme, yarı iletken üretiminde bir diğer önemli işlemdir ve bir alt tabaka üzerine ince bir malzeme filmi biriktirmeyi içerir. Bu işlem, fiziksel buhar biriktirme (PVD), kimyasal buhar biriktirme (CVD), atomik katman biriktirme (ALD) vb. gibi çeşitli teknolojiler aracılığıyla gerçekleştirilebilir.
Aynı zamanda, metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD), plazma destekli biriktirme, rulodan ruloya biriktirme gibi yeni teknolojiler de sürekli olarak geliştirilmektedir.
4. Aşındırma
Aşındırma, desenler veya yapılar oluşturmak için yarı iletken malzemelerin belirli kısımlarını çıkarmayı içerir. Aşındırma teknolojisindeki gelişmeler, yarı iletken endüstrisinin hızlı gelişmesinin ana nedenidir ve aynı zamanda daha küçük ve daha karmaşık elektronik bileşenler üretmek için önemli bir teknolojidir.
Geçmişte, ıslak aşındırma yaygın olarak kullanılan ana teknolojiydi ve bu, gofreti malzemeyi eriten bir çözeltiye daldırmayı içeriyordu. Ancak, ıslak aşındırma hassas değildir ve bitişik yapılara zarar verebilir.
Kuru aşındırma teknolojisinin ortaya çıkması, reaktif iyon aşındırma (RIE) ve plazma aşındırma gibi daha hassas ve oldukça kontrol edilebilir aşındırma üretimine olanak sağlamıştır. RIE, bir gofretten seçici olarak malzemeyi çıkarmak için reaktif iyonları kullanan ve aşındırma sürecinin hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlayan bir teknolojidir.
Plazma aşındırma, malzemeyi çıkarmak için gaz plazmasını kullanan benzer bir teknolojidir, ancak metaller veya silikon gibi belirli malzemeleri seçici olarak çıkarma ek avantajına sahiptir.
5. Paketleme
Yarı iletken üretimindeki paketleme süreci, entegre bir devreyi dış dünyaya elektrik bağlantıları da sağlayan koruyucu bir kasaya yerleştirmeyi içerir. Paketleme süreci, nihai ürünün performansını, güvenilirliğini ve maliyetini etkiler.
3D paketleme, yüksek yoğunluklu entegre devreler oluşturmak için birden fazla çipin bir araya getirilmesini içerir. Bu teknoloji, cihazın genel boyutunu küçültebilir ve güç tüketimini azaltırken performansını iyileştirebilir.
Fan-out paketleme, entegre devreleri, elektrik bağlantıları için çipten yelpaze şeklinde çıkan bakır sütunlar kullanarak bir epoksi kalıplama bileşiği katmanına yerleştiren bir teknolojidir. Bu teknoloji, daha küçük bir boyutta yüksek yoğunluklu paketlemeye olanak tanır.
Sistem-Paket (SiP), birden fazla çipi, sensörü ve diğer bileşenleri tek bir pakette birleştiren başka bir teknolojidir. Cihazın genel boyutunu küçültürken genel performansını da iyileştirebilir.
