Die Herstellung von optischen Halbleitern: Prozesse und Qualitätskontrolle

Halbleiter sind unverzichtbare Bestandteile der modernen Elektronik- und Kommunikationstechnologien, und ihre Herstellungsprozesse sind sowohl kompliziert als auch präzise. In diesem Artikel wird der Herstellungsprozess von optischen Halbleitern ausführlich erläutert. Dabei werden die Bedeutung der einzelnen Schritte und die strengen Qualitätskontrollmaßnahmen zur Gewährleistung der Qualität der Produkte hervorgehoben.

Der Herstellungsprozess von optischen Halbleitern

Wafer: Das Fundament optischer Halbleiter

Die Herstellung optischer Halbleiter beginnt mit der Entwicklung einer dünnen Schicht (Epitaxieschicht) auf Substraten wie Galliumarsenid, Indiumphosphid, Galliumphosphid, Saphir oder Siliziumkarbid, um die Funktionalitäten des Bauelements zu bilden. Diese Substrate mit Dicken von 0,25 mm bis 1,0 mm und Durchmessern von 2 Zoll (50 mm) bis 4 Zoll (100 mm) dienen als Basis für die Epitaxieschicht, die typischerweise zwischen 0,05 mm und 0,2 mm Dicke misst. Diese scheibenförmigen Substrate werden als Wafer bezeichnet.

Überblick über den Herstellungsprozess (Vorverarbeitung, Nachverarbeitung und Prüfung)

Die Herstellung optischer Halbleiterbauelemente erfolgt durch die Vorbereitung von Wafern und deren sequenzielle Bearbeitung in zahlreichen Schritten. Der Herstellungsprozess gliedert sich im Allgemeinen in zwei Hauptphasen: Front-End und Back-End.

Im Front-End-Prozess wird der Wafer als Einzelstück verarbeitet, und im Back-End-Prozess wird der Wafer in einzelne Chips zerlegt. Abschließend werden alle ausgewählten Chips zu Paketen zusammengefügt, um fertige Produkte herzustellen.

Jede Phase des Herstellungsprozesses umfasst Prüfungen zur Qualitätskontrolle. Unter Einhaltung der Verfahrenshandbücher werden sowohl Stichproben- als auch Gesamtprüfungen durchgeführt, um die Prozesse und die Qualität zu gewährleisten. Dies sichert die Qualität der Produkte und ermöglicht es uns, unseren Kunden zuverlässige optische Halbleiterbauelemente zu liefern.

Was ist ein Front-End-Prozess?

Der Front-End-Prozess umfasst eine Reihe von Schritten, in denen lichtemittierende oder fotodetektierende Elemente direkt auf Silizium- oder Verbindungshalbleiter-Wafern gebildet werden. Die wichtigsten Schritte dieses Prozesses sind im Folgenden aufgeführt:

Funktionales Design und Musterdesign von Elementen
Funktion und Aufbau des Elements werden hierbei gezielt auf die Kundenanforderungen ausgelegt. Das Elementmuster wird entworfen und dann auf ein Glassubstrat übertragen, um eine Fotomaske zu erstellen.

① Filmbildung
Bei diesem Verfahren wird auf dem Wafer ein dünner Isolierfilm aus Oxid oder Nitrid gebildet.

②Fotoätzung
Dabei werden eine Reihe von Prozessen durchgeführt, darunter das Auftragen eines Fotolacks, das Übertragen des Musters mithilfe einer Fotomaske, das Belichten und das Entwickeln.

3. Ätzen
Nach der Belichtung des mit Fotolack beschichteten Wafers mit ultraviolettem Licht werden bei diesem Verfahren isolierende Dünnfilme oder Halbleitermaterialien entweder aus den maskierten oder unmaskierten Bereichen entfernt.

④ Verunreinigungsdiffusion
In diesem Stadium werden spezifische Verunreinigungen in hochreine Halbleiterwafer eingebracht, die ihre elektrischen Eigenschaften verändern. Dies führt zur Bildung von P/N-Übergängen.

Diese Schritte werden gemäß dem Prozessablaufdiagramm wiederholt, um schließlich das Gerät zu bilden.

Elektrodenbildung
In diesem Schritt werden ohmsche Elektroden gebildet. Halbleiter haben eine Polarität, wobei die Anode die (+)-Elektrode und die Kathode die (-)-Elektrode ist. Das Muster für die Elektrodenbildung wird mithilfe einer Fotomaske übertragen.

Waferinspektion
Am Ende des Herstellungsprozesses wird die elektrische Leistung des Wafers mithilfe von Testgeräten (Prober) überprüft. Dieser Vorgang wird auch als Probetest oder Wafersortierung bezeichnet. Alle einzelnen miteinander verbundenen Geräte auf dem Wafer werden auf Funktionsmängel überprüft und für gut befunden, wenn sie die erforderlichen Spezifikationen erfüllen.

Was ist Nachbearbeitung?

Die „Nachbearbeitung“ besteht aus vier Hauptprozessen: Wafermontage, Chipbonden, Drahtbonden und Verpackung.

Wassermontage
In diesem Schritt werden die Wafer auf ein Kunststoffklebeband montiert und anschließend in einzelne Stücke geschnitten. Anschließend wird der auf das Band montierte Wafer an einem Ring befestigt.

Würfeln
Bei diesem Verfahren werden Wafer mit Tausenden von Bauelementen in kleinere Stücke geschnitten. Diese Teile werden Matrizen genannt.

Die Bonding
Beim Die-Bonding wird der Die auf ein Gehäuse oder einen Träger gelegt und mit Ag-Paste oder ähnlichem fixiert. Dieser Vorgang wird auch Die-Attachment genannt.

Drahtbonden
Bei diesem Verfahren wird der Chip mit dem externen Gehäuse oder Träger verbunden. Durch eine Kombination aus Hitze, Druck und Ultraschallenergie wird an jeder dieser Seiten Draht angeschweißt.

Visuelle Inspektion
Wir führen eine Sichtprüfung der Chipplatzierung, des Zustands der Epoxidpaste, der Verkabelung usw. durch.

Verpackung
Während dieses Vorgangs wird der Chip mit einem Kunststoff wie Silikon oder Epoxidharz umhüllt, um physikalische Schäden oder chemische Korrosion zu verhindern. Das Wort „Kapselung“ wird manchmal synonym mit Verpackung verwendet.

Prüfung des fertigen Produkts
Nach Abschluss des Back-End-Prozesses werden die optischen Halbleiterbauelemente verschiedenen elektrischen Tests unterzogen, um ihre ordnungsgemäße Funktion zu prüfen. Der Anteil der Bauelemente, die die Leistungstests bestehen, wird als Ausbeute bezeichnet.

Durch diese aufeinanderfolgenden Schritte wird die Herstellung optischer Halbleiterbauelemente abgeschlossen. Jeder Schritt erfordert Präzision und sorgfältige Arbeit, was zur Produktion hochwertiger optischer Halbleiterbauelemente führt.

Optisches Halbleiterfertigungssystem bei Dexerials

Die Dexerials Optischer Halbleiter Solutions Corporation, eine Tochtergesellschaft der Dexerials Corporation, stellt hochwertige optische Halbleiter her. Wir stellen die Qualität und Leistung unserer Opto-Halbleiterbauelemente durch eine gründliche Produktqualitätskontrolle sicher.

Der Front-End-Prozess wird ab der Entwicklungsphase in unserem Eniwa-Werk in Eniwa, Hokkaido, durchgeführt. Dieses System gewährleistet Produktqualität und Leistung und verbessert gleichzeitig die Produktionseffizienz.

Die Nachbearbeitung wird ebenfalls im Werk Eniwa fortgesetzt, ein Teil davon wird jedoch in das Werk Kamisunagawa in der Stadt Kamisunagawa im Bezirk Sorachi auf Hokkaido verlagert. Das Werk Kamisunagawa ist eine auf Massenproduktion spezialisierte Fabrik, in der wir Kostensenkung und Massenproduktion anstreben. Dadurch sind wir in der Lage, unseren Kunden kostengünstige Produkte anzubieten.

Dexerials Group Inc., mit der Dexerials Optischer Halbleiter Solutions Corporation als Kern, wird sich durch diese Bemühungen weiterentwickeln und seine Position als führender Hersteller optischer Halbleiterbauelemente behaupten.