Language
Country/Area
No result found
Từ silicon đến chip: Bạn có biết chất bán dẫn được sản xuất từng bước như thế nào không?
Sản xuất thiết bị bán dẫn là một quy trình phức tạp chịu trách nhiệm sản xuất nhiều loại chip, bao gồm bộ vi xử lý, bộ vi điều khiển và mô-đun bộ nhớ. Trong quá trình này, các mạch điện tử dần dần được hình thành trên các tấm bán dẫn, thường được làm từ silicon đơn tinh thể nguyên chất. Mặc dù silicon là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất nhưng nhiều ứng dụng đặc biệt cũng được sản xuất bằng cách sử dụng các chất bán dẫn phức hợp khác nhau.
Chìa khóa của sản xuất chất bán dẫn nằm ở một loạt các bước quang khắc, xử lý vật lý và hóa học, chẳng hạn như oxy hóa nhiệt, lắng đọng màng mỏng, cấy ion và ăn mòn.
Các quy trình này diễn ra trong các nhà máy sản xuất chất bán dẫn chuyên môn cao, thường được gọi là "nhà máy". Trung tâm của nhà máy là phòng sạch, một trong những môi trường quan trọng nhất để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Trong quá trình sản xuất các thiết bị bán dẫn hiện đại, chẳng hạn như công nghệ nanomet 14/10/7, quy trình sản xuất thường mất tới 15 tuần, trong đó 11 đến 13 tuần là chu kỳ sản xuất trung bình của ngành.
Quy trình sản xuất gần như hoàn toàn tự động, với hệ thống xử lý vật liệu tự động chuyên dụng vận chuyển tấm bán dẫn từ máy này sang máy khác. Thường có nhiều chip trên một tấm wafer. Những con chip này được gọi là "khuôn" và được phân tách bằng quy trình cắt khuôn trên tấm wafer đã hoàn thiện để lắp ráp và đóng gói thêm. Trước khi có sản phẩm cuối cùng, các tấm bán dẫn được vận chuyển trong các hộp nhựa kín đặc biệt gọi là FOUP (hộp bán dẫn). Những FOUP này duy trì bầu không khí nitơ bên trong để ngăn đồng bị oxy hóa trên tấm bán dẫn, vì đồng là một trong những vật liệu được sử dụng để kết nối trong các chất bán dẫn hiện đại.
Môi trường bên trong thiết bị xử lý wafer và FOUP được gọi là môi trường vi mô, giúp tăng năng suất, tức là số lượng thiết bị hoạt động trên một wafer.
Môi trường vi mô này được triển khai thông qua EFEM (Mô-đun giao diện người dùng thiết bị), nhận các tấm bán dẫn từ FOUP và đưa chúng vào máy. Nhiều máy cũng xử lý tấm bán dẫn trong môi trường nitơ hoặc chân không sạch để giảm ô nhiễm và cải thiện khả năng kiểm soát quy trình. Fab cần một lượng lớn nitơ lỏng để duy trì bầu không khí bên trong thiết bị sản xuất và FOUP, những nơi thường xuyên chứa đầy nitơ. Một tấm chắn không khí hoặc cấu trúc lưới có thể được thiết lập giữa FOUP và EFEM để giảm lượng hơi ẩm xâm nhập vào FOUP và cải thiện năng suất.
Nhiều công ty sản xuất thiết bị được sử dụng trong quy trình sản xuất chất bán dẫn công nghiệp bao gồm ASML, Ứng dụng Vật liệu, Điện tử Tokyo và Rih Pak Research, cùng nhiều công ty khác. Trong quá trình sản xuất một thiết bị bán dẫn, kích thước tính năng ở mỗi bước được xác định bằng phương pháp quang khắc, nghĩa là có thể xác định được thiết kế hoặc mẫu trên thiết bị bán dẫn.
Kích thước tính năng đề cập đến độ rộng đường nhỏ nhất có thể được tạo ra trong quá trình sản xuất chất bán dẫn.
Việc đo kích thước tính năng dựa trên kích thước tính năng tối thiểu của nút công nghệ xử lý chất bán dẫn, thường tính bằng nanomet. Mặc dù tên của các nút công nghệ này ban đầu không liên quan rõ ràng đến kích thước tính năng chức năng nhưng khái niệm này dần dần trở nên mờ nhạt theo thời gian.
Đánh giá lịch sử
Sự phát triển của công nghệ sản xuất chất bán dẫn có lịch sử lâu dài. Năm 1955, một khám phá tình cờ của Carl Frosh và Lincoln Derek tại Bell Labs đã khiến họ nhận thức được tác động của quá trình oxy hóa bề mặt của tấm silicon, điều này có ý nghĩa rất lớn đối với các cuộc thảo luận về công nghệ bán dẫn trong tương lai. Đến năm 1957, họ đã có thể sản xuất các bóng bán dẫn hiệu ứng trường oxit silic, được cho là sản phẩm đầu tiên sản xuất các bóng bán dẫn hiệu ứng trường phẳng.
Theo thời gian, kích thước của tấm bán dẫn tiếp tục tăng lên, từ 25mm năm 1960 lên 200mm và cuối cùng trở thành tiêu chuẩn 300mm. Quá trình này dẫn đến sự ra đời của công nghệ tự động hóa và sử dụng các thiết bị hiệu quả hơn để hoàn thiện quá trình sản xuất. Khi nhu cầu trên thị trường bán dẫn tăng lên, các nhà sản xuất cũng bắt đầu thiết kế các thiết bị bền hơn để đảm bảo khả năng thích ứng ở các thị trường khác nhau.
Nhiều công nghệ mới đang nổi lên trong các thiết bị bán dẫn hiện đại, bao gồm cả công nghệ FinFET, mang lại hiệu suất năng lượng cao hơn và hiệu suất nhanh hơn ở nút 22nm. Đến năm 2018, nhiều cấu trúc bóng bán dẫn mới đã xuất hiện, chẳng hạn như GAAFET, đại diện cho một hướng phát triển mới khác của công nghệ bán dẫn.
Danh sách các bước
Toàn bộ quy trình sản xuất thiết bị bán dẫn bao gồm nhiều bước, bao gồm xử lý tấm bán dẫn, quang khắc, cấy ion, khắc axit và đóng gói. Cùng với nhau, các bước này tạo thành cốt lõi của quá trình sản xuất chất bán dẫn và dựa vào sự hỗ trợ của thiết bị sản xuất chuyên dụng và môi trường sạch sẽ.
Toàn bộ quy trình sản xuất thường được thực hiện trong nhà máy sản xuất tấm wafer, hoạt động hiệu quả 24/24 và cần một lượng lớn nước tinh khiết để đảm bảo độ tinh khiết của sản phẩm. Mỗi tấm wafer đều trải qua quá trình kiểm tra nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu suất của nó đáp ứng các yêu cầu mong đợi.
Trong một ngành công nghiệp đang phát triển nhanh chóng như vậy, các công nghệ và vật liệu mới không ngừng thay đổi tương lai của ngành bán dẫn. Ngành bán dẫn trong tương lai sẽ mang đến những bất ngờ gì?
