ตําแหน่งหลักของเทคโนโลยีลิโตกราฟีในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ (2)

●การวิเคราะห์กระบวนการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์

เพื่อให้เข้าใจถึงกระบวนการผลิตของชิปเราจําเป็นต้องรู้ว่าชิปทําได้อย่างไรให้เราเรียนรู้กระบวนการผลิตของชิปในหลายขั้นตอน

1.ซิลิกอนบริสุทธิ์

วัสดุสําหรับการผลิตชิปและชิปอื่น ๆ คือเซมิคอนดักเตอร์ ในขั้นตอนนี้วัสดุหลักคือซิลิกอนซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ จากมุมมองทางเคมีมันตั้งอยู่ที่ทางแยกของพื้นที่องค์ประกอบโลหะและพื้นที่องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะในตารางธาตุ เนื่องจากมีคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์จึงเหมาะสําหรับการผลิตทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กต่างๆและปัจจุบันเป็นหนึ่งในวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสําหรับการผลิตวงจรรวมขนาดใหญ่ที่ทันสมัย

ในกระบวนการทําให้บริสุทธิ์ซิลิกอนซิลิคอนวัตถุดิบจะถูกหลอมละลายและใส่ลงในเตาควอตซ์ขนาดใหญ่ในเวลานี้ผลึกเมล็ดจะถูกใส่ลงในเตาเพื่อให้ผลึกซิลิกอนเติบโตรอบผลึกเมล็ดจนกว่าจะมีซิลิกอนคริสตัลเดี่ยวเกือบสมบูรณ์แบบในอดีตเส้นผ่านศูนย์กลางของซิลิคอน ingots ส่วนใหญ่เป็น 200 มม. และผู้ผลิตชิปกําลังเพิ่มการผลิตเวเฟอร์ 300 มม.

โมโนคริสตัลซิลิคอน ingot

2.ตัดเวเฟอร์

กิโลคอนซิลิคอนถูกสร้างขึ้นและมีรูปร่างเป็นกระบอกที่สมบูรณ์แบบซึ่งจะถูกหั่นเป็นชิ้น ๆ ที่เรียกว่าเวเฟอร์เวเฟอร์ใช้จริงสําหรับการผลิตชิปสิ่งที่เรียกว่า "ตัดเวเฟอร์" คือการใช้เครื่องเพื่อตัดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนด้วยข้อกําหนดที่กําหนดไว้ล่วงหน้าจากแท่งซิลิกอนคริสตัลเดี่ยวและแบ่งออกเป็นหลายพื้นที่เล็ก ๆ ซึ่งแต่ละอันจะกลายเป็นแกนหลักของชิป (Die)โดยทั่วไปแล้วเวเฟอร์ที่บางกว่าจะถูกตัดชิปสําเร็จรูปมากขึ้นสามารถผลิตด้วยวัสดุซิลิกอนในปริมาณเท่ากัน

ระบบทําความสะอาดเวเฟอร์เดี่ยว ORION

3.photolithography

วัสดุ photoresist เคลือบบนชั้นซิลิกอนออกไซด์ที่ได้รับจากการรักษาความร้อน แสงอัลตราไวโอเลตฉายรังสีพื้นผิวซิลิกอนผ่านแม่แบบที่พิมพ์ด้วยรูปแบบโครงสร้างวงจรที่ซับซ้อนของชิปและวัสดุ photoresist จะละลายในสถานที่ที่ฉายรังสีโดยแสงอัลตราไวโอเลตเพื่อป้องกันพื้นที่ที่ไม่จําเป็นต้องสัมผัสกับการรบกวนของแสงต้องทําหน้ากากเพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่เหล่านี้นี่เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมากและความซับซ้อนของหน้ากากแต่ละตัวจะต้องอธิบายด้วยข้อมูลหลายสิบกิกะไบต์

4.แกะสลัก

นี่เป็นการดําเนินงานที่สําคัญในกระบวนการผลิตชิปและยังเป็นเทคโนโลยีที่สําคัญในอุตสาหกรรมชิปเทคโนโลยีการแกะสลักผลักดันการประยุกต์ใช้แสงให้ถึงขีด จํากัดการแกะสลักใช้แสงอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นสั้นและมีขนาดใหญ่เลนส์.แสงความยาวคลื่นสั้นส่องผ่านรูของหน้ากากควอตซ์เหล่านี้บนฟิล์ม photoresist เพื่อเปิดโปงจากนั้นหยุดแสงและถอดหน้ากากออกและใช้สารละลายทางเคมีเฉพาะเพื่อทําความสะอาดฟิล์ม photoresist ที่สัมผัสและชั้นของซิลิกอนถัดจากฟิล์มต้านทาน

พื้นที่ถ่ายภาพของAmdโรงงาน GlobalFoundries ในเดรสเดน ประเทศเยอรมนี (ภาพ Drive House)

จากนั้นซิลิกอนที่สัมผัสจะถูกทิ้งระเบิดโดยอะตอมเพื่อให้พื้นผิวซิลิกอนที่สัมผัสถูก doped บางส่วนจึงเปลี่ยนสถานะการนําไฟฟ้าของพื้นที่เหล่านี้เพื่อสร้าง N-well หรือ P-well เมื่อรวมกับพื้นผิวที่ผลิตข้างต้นวงจรประตูของชิปจะเสร็จสมบูรณ์ ขึ้น.

5.ทําซ้ํา, ชั้น

ในการประมวลผลชั้นใหม่ของวงจรซิลิคอนออกไซด์จะเติบโตอีกครั้งและจากนั้นชั้นของ polysilicon จะถูกฝากวัสดุ photoresist ถูกนําไปใช้และกระบวนการถ่ายเอกสารและการแกะสลักจะถูกทําซ้ําเพื่อให้ได้โครงสร้างร่องลึกที่มีโพลีซิลิคอนและซิลิคอนออกไซด์ทําซ้ําหลายครั้งเพื่อสร้างโครงสร้าง 3 มิติซึ่งเป็นแกนหลักของชิปสุดท้ายเติมตรงกลางของทุกสองสามชั้นด้วยโลหะเป็นตัวนําจํานวนเลเยอร์จะถูกกําหนดโดยรูปแบบทรานซิสเตอร์และสเกลทรานซิสเตอร์ของชิปในระหว่างการออกแบบรวมถึงปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ผ่าน

6.แพคเกจ

ในเวลานี้ชิปเป็นชิ้นส่วนของเวเฟอร์มันไม่สามารถใช้งานได้โดยตรงจากผู้ใช้จะต้องอยู่ในแพคเกจเซรามิกหรือพลาสติกเพื่อให้สามารถติดตั้งได้อย่างง่ายดายบนแผงวงจรโครงสร้างบรรจุภัณฑ์แตกต่างกัน แต่ยิ่งแพ็คเกจชิปก้าวหน้ามากเท่านั้น แพคเกจใหม่มักจะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพไฟฟ้าและความมั่นคงของชิปและทางอ้อมให้รากฐานที่มั่นคงและเชื่อถือได้สําหรับการปรับปรุงความถี่หลัก

7,การทดสอบหลาย

การทดสอบเป็นส่วนสําคัญของการผลิตชิปและการทดสอบที่จําเป็นก่อนที่ชิปจะออกจากโรงงานขั้นตอนนี้จะทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเวเฟอร์เพื่อตรวจสอบว่ามีข้อผิดพลาดหรือไม่และข้อผิดพลาดเหล่านี้เกิดขึ้นในขั้นตอนใด (ถ้าเป็นไปได้)ถัดไปแกนชิปแต่ละตัวบนเวเฟอร์จะถูกทดสอบแยกต่างหาก

ชิปจะผ่านการทดสอบหลังจากการทดสอบ

เนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนและความหนาแน่นสูงของ SRAM (หน่วยความจําเข้าถึงแบบสุ่มแบบคงที่องค์ประกอบพื้นฐานของแคชในชิป) แคชจึงเป็นส่วนที่มีปัญหาของชิปและการทดสอบแคชก็เป็นส่วนสําคัญของการทดสอบชิป

ชิปแต่ละตัวจะได้รับการทดสอบอย่างเต็มที่เพื่อตรวจสอบฟังก์ชั่นทั้งหมดชิปบางอย่างสามารถวิ่งที่ความถี่สูงกว่าดังนั้นจึงมีการทําเครื่องหมายด้วยความถี่ที่สูงขึ้น และชิปบางอย่างจะถูกทําเครื่องหมายด้วยความถี่ที่ต่ํากว่าเนื่องจากเหตุผลหลายประการในที่สุดชิปแต่ละตัวอาจมีข้อบกพร่องในการทํางาน หากปัญหาอยู่ในแคชผู้ผลิตยังสามารถบล็อกแคชบางส่วนซึ่งหมายความว่าชิปยังสามารถขายได้ แต่อาจเป็นผลิตภัณฑ์ระดับต่ําสุดเช่น Celeron .

ก่อนที่จะใส่ชิปลงในกล่องบรรจุภัณฑ์การทดสอบขั้นสุดท้ายมักจะดําเนินการเพื่อให้แน่ใจว่างานก่อนหน้านี้ถูกต้องตามความถี่การทํางานสูงสุดที่กําหนดไว้ก่อนหน้านี้และแคชที่แตกต่างกันพวกเขาจะใส่ในแพ็คเกจที่แตกต่างกันและขายทั่วโลก