A posição importante da tecnologia de litografia na indústria de semicondutores (2)

● Análise do processo de produção de chips semicondutores

Para entender o processo de produção do chip, precisamos saber como o chip é feito.Vamos aprender o processo de produção do chip em várias etapas.

1. Purificação de silício

O material para a produção de chips e outros chips são os semicondutores. Nesta fase, o principal material é o silício, que é um elemento não metálico. Do ponto de vista químico, ele está localizado na junção da área do elemento metálico e da área do elemento não metálico na tabela periódica dos elementos. Por ter as propriedades de um semicondutor, é adequado para a fabricação de vários transistores minúsculos e atualmente é um dos materiais mais adequados para a fabricação de circuitos integrados modernos de grande escala.

No processo de purificação do silício, a matéria-prima de silício será derretida e colocada em um enorme forno de quartzo.Nesse momento, um cristal semente é colocado na fornalha para que os cristais de silício cresçam ao redor do cristal semente até que um único cristal de silício quase perfeito seja formado.No passado, o diâmetro dos lingotes de silício era principalmente de 200 mm, e os fabricantes de chips estão aumentando a produção de pastilhas de 300 mm.

Lingote de silício monocristalino

2. Cortando a bolacha

O lingote de silício é criado e moldado em um cilindro perfeito, que então será cortado em fatias, chamadas de wafers.Os wafers são usados ​​na fabricação de chips.O denominado&@ cut wafer&@. é usar uma máquina para cortar um pedaço de wafer de silício com uma especificação predeterminada de uma única haste de silício de cristal e dividi-lo em várias pequenas áreas, cada uma das quais se tornará o núcleo de um chip (Die).De modo geral, quanto mais fino o wafer é cortado, mais chips acabados podem ser fabricados com a mesma quantidade de material de silício.

Sistema de limpeza de wafer simples ORION

3. Fotolitografia

Um material fotorresiste é revestido na camada de óxido de silício obtida por tratamento térmico. A luz ultravioleta irradia o substrato de silício através do gabarito impresso com o complexo padrão da estrutura do circuito do chip, e o material fotorresiste é dissolvido no local irradiado pela luz ultravioleta.Para evitar áreas que não precisam ser expostas à interferência da luz, devem ser feitas máscaras para cobrir essas áreas.Este é um processo muito complicado, e a complexidade de cada máscara deve ser descrita por dezenas de gigabytes de dados.

4. Gravura

Essa é uma operação importante no processo de produção de chips e também uma tecnologia importante na indústria de chips.A tecnologia de gravação leva a aplicação de luz ao limite.A gravação usa luz ultravioleta com um comprimento de onda curto e um grandelente.A luz de comprimento de onda curto brilha através dos orifícios dessas máscaras de quartzo no filme fotorresistente para expô-la.Em seguida, desligue a luz e remova a máscara, e use uma solução química específica para limpar o filme fotorresistente exposto e uma camada de silicone ao lado do filme resistente.

Área de fotolitografia deAMDFábrica da GlobalFoundries em Dresden, Alemanha (imagem da Drive House)

Em seguida, o silício exposto será bombardeado por átomos, de modo que o substrato de silício exposto seja parcialmente dopado, alterando assim o estado condutor dessas áreas para criar um N-well ou P-well. Combinado com o substrato fabricado acima, o circuito de porta do chip é concluído. Acima.

5. Duplicação, estratificação

A fim de processar uma nova camada de circuitos, o óxido de silício é crescido novamente e, em seguida, uma camada de polissilício é depositada, o material fotorresiste é aplicado e o processo de fotocópia e gravação é repetido para obter uma estrutura de trincheira contendo polissilício e óxido de silício.Repita várias vezes para formar uma estrutura 3D, que é o núcleo do chip final.Preencha o meio de cada poucas camadas com metal como condutor.O número de camadas é determinado pelo layout do transistor e escala do transistor do chip durante o projeto, bem como a quantidade de corrente passada.

6. Pacote

Neste momento, o chip é um pedaço de wafer, não pode ser utilizado diretamente pelo usuário, deve ser acondicionado em uma embalagem de cerâmica ou plástico, para que possa ser facilmente montado em uma placa de circuito impresso.A estrutura do pacote é diferente, mas quanto mais avançado o pacote do chip, mais complexo ele é. O novo pacote pode frequentemente melhorar o desempenho elétrico e a estabilidade do chip e, indiretamente, fornecer uma base sólida e confiável para a melhoria da frequência principal.

7, testes múltiplos

O teste é uma parte importante da fabricação do chip e um teste necessário antes que um chip saia da fábrica.Esta etapa testará o desempenho elétrico do wafer para verificar se há algum erro e em qual etapa esses erros ocorrem (se possível).Em seguida, cada núcleo do chip no wafer será testado separadamente.

O chip está passando teste após teste

Devido à estrutura complexa e alta densidade de SRAM (memória de acesso aleatório estática, a composição básica do cache no chip), o cache é uma parte do chip sujeita a problemas, e o teste do cache também é uma parte importante do teste do chip.

Cada chip será totalmente testado para verificar todas as suas funções.Alguns chips podem ser executados em uma frequência mais alta, portanto, são marcados com uma frequência mais alta; e alguns chips são marcados com uma frequência mais baixa por vários motivos.Finalmente, os chips individuais podem ter alguns defeitos funcionais. Se o problema estiver no cache, o fabricante ainda pode bloquear parte do cache, o que significa que o chip ainda pode ser vendido, mas pode ser um produto barato como o Celeron. .

Antes de o chip ser colocado na caixa de embalagem, um teste final geralmente é realizado para garantir que o trabalho anterior seja preciso.De acordo com a freqüência máxima de operação previamente determinada e diferentes caches, eles são colocados em embalagens diferentes e vendidos em todo o mundo.