Litografiteknologiens vigtige position i halvlederindustrien (2)

● Analyse af produktionsprocessen for halvlederchips

For at forstå produktionsprocessen for chippen skal vi vide, hvordan chippen fremstilles.Lad os lære produktionsprocessen for chippen i flere trin.

1. Siliciumoprensning

Materialet til produktion af chips og andre chips er halvledere. På dette stadium er hovedmaterialet silicium, som er et ikke-metallisk element. Fra et kemisk synspunkt er det placeret ved krydset mellem metalelementområdet og det ikke-metalelementareal i det periodiske system. Fordi den har egenskaberne som en halvleder, er den velegnet til fremstilling af forskellige små transistorer og er i øjeblikket et af de mest egnede materialer til fremstilling af moderne store integrerede kredsløb.

Under processen med siliciumoprensning smeltes råmaterialet silicium og sættes i en enorm kvartsovn.På dette tidspunkt sættes en frøkrystal i ovnen, så siliciumkrystaller vokser omkring frøkrystallen, indtil der dannes et næsten perfekt enkeltkrystal-silicium.Tidligere var diameteren af ​​siliciumstænger for det meste 200 mm, og chipproducenter øger produktionen af ​​300 mm skiver.

Monokrystallinsk siliciumbark

2. Skæring af skiven

Siliciumstangen oprettes og formes til en perfekt cylinder, som derefter skæres i skiver, kaldet skiver.Wafere bruges faktisk til chipfremstilling.Den såkaldte" skåret wafer" er at bruge en maskine til at skære et stykke siliciumskive med en forudbestemt specifikation fra en enkelt krystal siliciumstang og opdele det i flere små områder, som hver bliver kernen i en chip (Die).Generelt, jo tyndere waferen skæres, jo mere færdige chips kan fremstilles med den samme mængde siliciummateriale.

ORION rengøringssystem til enkelt wafer

3. Fotolitografi

Et fotoresistmateriale er overtrukket på siliciumoxidlaget opnået ved varmebehandling. Det ultraviolette lys bestråler siliciumsubstratet gennem skabelonen, der er trykt med chipets komplekse kredsløbsstrukturmønster, og fotoresistmaterialet opløses på det sted, der bestråles af det ultraviolette lys.For at forhindre områder, der ikke behøver at blive udsat for lysinterferens, skal der laves masker til at dække disse områder.Dette er en meget kompliceret proces, og kompleksiteten af ​​hver maske skal beskrives af snesevis af gigabyte data.

4. Ætsning

Dette er en vigtig operation i chipproduktionsprocessen, og det er også en vigtig teknologi i chipindustrien.Ætseteknologi skubber anvendelsen af ​​lys til det yderste.Ætsningen bruger ultraviolet lys med en kort bølgelængde og en storlinse.Kortbølgelængdelys skinner gennem hullerne i disse kvartsmasker på fotoresistfilmen for at udsætte det.Derefter skal du stoppe lyset og fjerne masken og bruge en bestemt kemisk opløsning til at rense den eksponerede fotoresistfilm og et lag silicium ved siden af ​​resistfilmen.

Fotolitografi område afAMDGlobalFoundries-fabrik i Dresden, Tyskland (Billede af Drive House)

Derefter vil det eksponerede silicium blive bombarderet af atomer, så det eksponerede siliciumsubstrat delvist er doteret og derved ændre den ledende tilstand i disse områder for at skabe en N-brønd eller P-brønd. Kombineret med substratet fremstillet ovenfor er chipets gate kredsløb afsluttet. Op.

5. Kopiering, lagdeling

For at behandle et nyt lag af kredsløb dyrkes siliciumoxid igen, og derefter aflejres et lag polysilicium, der anvendes fotoresistmateriale, og processen med fotokopiering og ætsning gentages for at opnå en grøftestruktur indeholdende polysilicium og siliciumoxid.Gentag det mange gange for at danne en 3D-struktur, som er kernen i den endelige chip.Udfyld midten af ​​hvert par lag med metal som leder.Antallet af lag bestemmes af chipens transistorlayout og transistorskala under designet samt mængden af ​​strøm, der er passeret.

6. Pakke

På dette tidspunkt er chippen et stykke wafer, den kan ikke bruges direkte af brugeren, den skal være lukket i en keramisk eller plastikpakke, så den let kan monteres på et printkort.Pakkestrukturen er forskellig, men jo mere avanceret chippakken er, jo mere kompleks er den. Den nye pakke kan ofte forbedre chipens elektriske ydeevne og stabilitet og indirekte give et solidt og pålideligt fundament til forbedring af hovedfrekvensen.

7, flere tests

Test er en vigtig del af chipproduktion og en nødvendig test, inden en chip forlader fabrikken.Dette trin tester waferens elektriske ydeevne for at kontrollere, om der er fejl, og i hvilket trin disse fejl opstår (hvis det er muligt).Dernæst testes hver chipkerne på waferen separat.

Chippen består test efter test

På grund af den komplekse struktur og høje tæthed af SRAM (statisk tilfældig adgangshukommelse, den grundlæggende sammensætning af cachen i chippen) er cachen en problematisk del af chippen, og testen af ​​cachen er også en vigtig del af chiptesten.

Hver chip testes fuldt ud for at kontrollere alle dens funktioner.Nogle chips kan køre med en højere frekvens, så de er markeret med en højere frekvens; og nogle chips er markeret med en lavere frekvens på grund af forskellige årsager.Endelig kan enkelte chips have nogle funktionsfejl. Hvis problemet ligger i cachen, kan producenten stadig blokere noget af sin cache, hvilket betyder, at chippen stadig kan sælges, men det kan være et low-end produkt som Celeron. .

Før chippen lægges i emballagekassen, udføres der normalt en sidste test for at sikre, at det tidligere arbejde er nøjagtigt.I henhold til den tidligere bestemte maksimale driftsfrekvens og forskellige cacher placeres de i forskellige pakker og sælges over hele verden.