L'importante posizione della tecnologia litografica nell'industria dei semiconduttori (2)

● Analisi del processo di produzione di chip semiconduttori

Per comprendere il processo di produzione del chip, dobbiamo sapere come viene prodotto il chip.Impariamo il processo di produzione del chip in più fasi.

1. Purificazione del silicio

Il materiale per la produzione di chip e altri chip sono semiconduttori. In questa fase, il materiale principale è il silicio, che è un elemento non metallico. Da un punto di vista chimico, si trova alla giunzione dell'area degli elementi metallici e dell'area degli elementi non metallici nella tavola periodica degli elementi. Poiché ha le proprietà di un semiconduttore, è adatto per la produzione di vari piccoli transistor ed è attualmente uno dei materiali più adatti per la produzione di moderni circuiti integrati su larga scala.

Nel processo di purificazione del silicio, il silicio della materia prima verrà fuso e messo in un enorme forno al quarzo.In questo momento, un cristallo di semi viene messo nel forno in modo che i cristalli di silicio crescano intorno al cristallo di semi fino a formare un silicio monocristalino quasi perfetto.In passato, il diametro dei lingotti di silicio era per lo più di 200 mm e i produttori di chip stanno aumentando la produzione di wafer da 300 mm.

Lingotto di silicio monocristallino

2. Taglio del wafer

Il lingotto di silicio viene creato e modellato in un cilindro perfetto, che verrà poi tagliato a fette, chiamato wafer.I wafer sono in realtà utilizzati per la produzione di chip.Il cosiddetto "wafer tagliato" è quello di utilizzare una macchina per tagliare un pezzo di wafer di silicio con una specifica predeterminata da una singola asta di silicio cristallino, e dividerlo in più piccole aree, ognuna delle quali diventerà il nucleo di un chip (Die ).In generale, più sottile viene tagliato il wafer, più trucioli finiti possono essere fabbricati con la stessa quantità di materiale siliconica.

Sistema di pulizia a wafer singolo ORION

3. Fotolitografia

Un materiale fotoresist è rivestito sullo strato di ossido di silicio ottenuto dal trattamento termico. La luce ultravioletta irradia il substrato di silicio attraverso il modello stampato con il complesso modello di struttura del circuito del chip e il materiale fotoresist viene sciolto nel luogo irradiato dalla luce ultravioletta.Per evitare che le aree che non devono essere esposte a interferenze leggere, è necessario creare maschere per coprire queste aree.Questo è un processo molto complicato e la complessità di ogni maschera deve essere descritta da dozzine di gigabyte di dati.

4. Incisione

Questa è un'operazione importante nel processo di produzione dei chip ed è anche una tecnologia importante nell'industria dei chip.La tecnologia di incisione spinge l'applicazione della luce al limite.L'incisione utilizza luce ultravioletta con una lunghezza d'onda corta e una grandeLente.La luce a lunghezza d'onda corta brilla attraverso i fori di queste maschere al quarzo sul film fotoresist per esporla.Quindi, fermare la luce e rimuovere la maschera e utilizzare una soluzione chimica specifica per pulire la pellicola fotoresist esposta e uno strato di silicio accanto al film di resistenza.

Area fotolitografica diAmdStabilimento GlobalFoundries a Dresda, Germania (Foto di Drive House)

Quindi, il silicio esposto sarà bombardato dagli atomi, in modo che il substrato di silicio esposto sia parzialmente drogato, cambiando così lo stato conduttivo di queste aree per creare un pozzo N o P-bene. In combinazione con il substrato prodotto sopra, il circuito di gate del chip è completato. Su.

5. Duplicazione, stratificazione

Al fine di elaborare un nuovo strato di circuiti, l'ossido di silicio viene coltivato di nuovo, e quindi viene depositato uno strato di polisilicacono, viene applicato materiale fotoresista e il processo di fotocopiatura e incisione viene ripetuto per ottenere una struttura di trincea contenente polisilicano e ossido di silicio.Ripetilo molte volte per formare una struttura 3D, che è il nucleo del chip finale.Riempire nel mezzo di ogni pochi strati con il metallo come conduttore.Il numero di strati è determinato dal layout del transistor e dalla scala del transistor del chip durante il progetto, così come dalla quantità di corrente passata.

6. Pacchetto

In questo momento, il chip è un pezzo di wafer, non può essere utilizzato direttamente dall'utente, deve essere racchiuso in un pacchetto in ceramica o plastica, in modo che possa essere facilmente montato su un circuito stampato.La struttura del pacchetto è diversa, ma più avanzato è il pacchetto di chip, più è complesso. Il nuovo pacchetto può spesso migliorare le prestazioni elettriche e la stabilità del chip e fornire indirettamente una base solida e affidabile per il miglioramento della frequenza principale.

7, prove multiple

Il test è una parte importante della produzione di chip e un test necessario prima che un chip lasci la fabbrica.Questo passaggio testerà le prestazioni elettriche del wafer per verificare se ci sono errori e in quale fase si verificano questi errori (se possibile).Successivamente, ogni nucleo del chip sul wafer verrà testato separatamente.

Il chip sta superando il test dopo il test

A causa della struttura complessa e dell'alta densità della SRAM (memoria statica ad accesso casuale, composizione di base della cache nel chip), la cache è una parte del chip soggetta a problemi, e il test della cache è anche una parte importante del test del chip.

Ogni chip sarà completamente testato per verificare tutte le sue funzioni.Alcuni chip possono funzionare a una frequenza più alta, quindi sono contrassegnati con una frequenza più alta; e alcuni chip sono contrassegnati con una frequenza inferiore a causa di vari motivi.Infine, i singoli chip possono avere alcuni difetti funzionali. Se il problema risiede nella cache, il produttore può ancora bloccare parte della sua cache, il che significa che il chip può ancora essere venduto, ma potrebbe essere un prodotto di fascia bassa come Celeron. .

Prima che il chip sia messo nella confezione, di solito viene eseguito un test finale per garantire che il lavoro precedente sia accurato.Secondo la frequenza operativa massima precedentemente determinata e le diverse cache, vengono messi in diversi pacchetti e venduti in tutto il mondo.