Language
Country/Area
No result found
От кремния к чипам: знаете ли вы, как шаг за шагом производятся полупроводники?
Производство полупроводниковых приборов — сложный процесс, отвечающий за выпуск различных микросхем, включая микропроцессоры, микроконтроллеры и модули памяти. В ходе этого процесса электронные схемы постепенно формируются на пластине, обычно изготовленной из чистого монокристаллического кремния. Хотя кремний является наиболее часто используемым материалом, многие специализированные устройства производятся с использованием различных полупроводниковых соединений.
Ключ к производству полупроводников лежит в серии этапов литографии, физической и химической обработки, таких как термическое окисление, осаждение тонких пленок, ионная имплантация и травление.
Эти процессы происходят на высокоспециализированных заводах по производству полупроводников, обычно называемых «фабриками». Сердцем завода является чистое помещение — одна из важнейших сред для обеспечения качества продукции. При производстве современных полупроводниковых приборов, например, по технологии 14/10/7 нанометров, производственный процесс обычно занимает до 15 недель, а средний производственный цикл в отрасли составляет 11–13 недель.
Производственный процесс практически полностью автоматизирован, а специальные автоматические системы обработки материалов отвечают за транспортировку пластин от одной машины к другой. Обычно на пластине имеется несколько чипов, которые называются «кристаллами». Они разделяются с помощью процесса резки кристаллов на готовой пластине для дальнейшей сборки и упаковки. Перед выпуском готовой продукции вафли отправляются в специальных герметичных пластиковых коробках, называемых FOUP (вафельные коробочки). Эти FOUP хранятся в атмосфере азота, чтобы предотвратить окисление меди на пластинах, которая является одним из материалов, используемых для межсоединений в современных полупроводниках.
Среда внутри оборудования для обработки пластин и FOUP называется микросредой, которая помогает повысить выход продукции или количество правильно функционирующих устройств на пластине.
Эта микросреда стала возможной благодаря EFEM (модулю обработки оборудования), который получает пластины из FOUP и вводит их в машину. Многие машины также обрабатывают пластины в среде чистого азота или вакуума, чтобы снизить загрязнение и улучшить контроль процесса. Фабрикам требуется большое количество жидкого азота для поддержания атмосферы внутри производственного оборудования и FOUP, которые постоянно заполнены азотом. Между FOUP и EFEM можно установить воздушную завесу или сетчатую конструкцию для уменьшения количества влаги, попадающей в FOUP, и повышения урожайности.
Многие компании производят оборудование, используемое в процессе промышленного производства полупроводников, включая ASML, Applied Materials, Tokyo Electron и Lilo Research. В процессе производства полупроводниковых приборов размер элемента на каждом этапе определяется с помощью фотолитографии, что позволяет определить конструкцию или рисунок на полупроводниковом приборе.
Размер элемента относится к наименьшей ширине линии, которую можно получить при производстве полупроводников.
Измерение размера элемента основано на минимальном размере элемента узла полупроводникового технологического процесса, обычно в нанометрах. Хотя изначально названия этих технологических узлов не имели четкой корреляции с размерами функциональных объектов, со временем эта концепция постепенно стала размываться.
Обзор истории
Развитие технологии производства полупроводников имеет долгую историю. В 1955 году случайное открытие Карла Фроша и Линкольна Деррика в Bell Labs позволило им осознать эффект окисления поверхности кремниевых пластин, что имело огромное значение для будущих исследований в области полупроводниковой технологии. К 1957 году им удалось изготовить полевые транзисторы на основе оксида кремния, что считается первым производством планарных полевых транзисторов.
Со временем размер полупроводниковых пластин продолжал увеличиваться: с 25 мм в 1960 году до 200 мм, и, наконец, стандартом стал размер 300 мм. Этот процесс привел к внедрению технологий автоматизации и использованию более эффективного оборудования для завершения производства. По мере роста спроса на полупроводники производители также начинают проектировать более долговечные устройства, чтобы обеспечить их адаптируемость к различным рынкам.
В современных полупроводниковых приборах появилось много новых технологий, включая технологию FinFET, которая обеспечивает более высокую энергоэффективность и более высокую производительность на 22-нм узле. К 2018 году появилось множество новых архитектур транзисторов, таких как GAAFET, которая представляет собой еще одно новое направление развития полупроводниковых технологий.
Контрольный список шагов
Весь процесс производства полупроводниковых приборов включает несколько этапов, включая обработку пластин, фотолитографию, ионную имплантацию, травление и упаковку. В совокупности эти этапы составляют основу производства полупроводников и опираются на поддержку специализированного производственного оборудования и чистой окружающей среды.
Весь процесс производства обычно осуществляется на фабрике по производству пластин, которая эффективно работает 24 часа в сутки и потребляет большое количество чистой воды для обеспечения чистоты продукта. Каждая пластина проходит тщательное тестирование, чтобы убедиться, что ее характеристики соответствуют ожидаемым требованиям.
В столь быстро развивающейся отрасли новые технологии и материалы постоянно меняют будущее полупроводников. Какие сюрпризы преподнесет будущее полупроводниковой промышленности?
