Полупроводниковая промышленность является краеугольным камнем современной технологии, которая ведет быстрое развитие в таких областях, как вычислительная, коммуникационная, потребительская электроника, автомобильная электроника и автоматизация промышленности. В процессе производства полупроводников существуют два ключевых термины — «кристаллические круги» и «струны», которые играют решающую роль в производстве всего микроэлектронного оборудования. Для того чтобы лучше понять сложность и тонкость производства полупроводников, эта статья подробно изучит определение окружностей и потоков, производственные процессы, технические проблемы и их дальнейшее развитие.
Определение и производственный процесс кристаллических кругов
Определение окружности кристаллов
Кристаллический круг (Wafer) — круглая пластинка, изготовленная из полупроводниковых материалов (обычно кремния) и является основным носителем чипа C106DG. Диаметр окружности обычно составляет 150mm, 200mm и 300mm, а в новейших технологических исследованиях появились даже 450 мм. Толщина кристаллических окружностей варьируется в зависимости от потребностей в применении и методов производства.
Процесс производства кристаллов
Создание кристаллических окружностей — сложный и точный процесс, включающий в себя в основном следующие шаги:
1. Очищенные кремниевые компоненты: полупроводниковые кристаллические кружки обычно делаются из монокристаллического кремния высокой чистоты. Во-первых, необходимо очищать природный кремний, удалять примеси для получения электронного кремния (EGS), его чистота должна достигать 99,999999999999% (7N уровень).
2. Монокристаллический рост кремния: очищенный кремний растет через зональное плавление или гилафод (Czochralski Method, сокращенно CZ) в монолитные кремниевые столбы. Метод CZ является наиболее распространенным в настоящее время методом извлечения кремниевых стержней из расплавленного кремния и формирования монокристаллической структуры в процессе вращения и охлаждения.
3.секция: разрезание монокристаллических стержней на кусочки и формирование кристаллических окружностей. Шаг состоит в Том, чтобы использовать высокоточную алмазную пилу для обеспечения равномерной и плоской поверхности кристаллической окружности.
4. Полировка и чистка: срезанная поверхность кристаллической окружности более грубая и требует многократной механической и химической полировки, с тем чтобы достичь плоской поверхности нанокласса. Затем кристаллические круги должны быть тщательно очищены для удаления частиц и химических остатков с поверхности.
5. Проверка и классификация: полированные и очищенные кристаллические окружности требуют всестороннего тестирования, включая тесты на поверхностные дефекты, однородность на толщину и электрометрические тесты. Согласно результатам обследования, кристаллические круги делятся на различные уровни массы для различных целей.
Определение струи и производственный процесс
Определение струи
Струя (Tape-out), также известная как процесс производства чипов, означает процесс передачи графики разработанной схемы на кристаллическую окружность с помощью технологии фотогравировки. Струя является ключевым звенем в производстве полупроводников, который отмечает переход от проектирования схем к фактическому производству.
Процесс производства струек
Производственный процесс струи чрезвычайно сложен и включает в себя несколько этапов с высокой точностью и высокой техникой. Вот основные этапы производства струек:
1. Фотогравировка (Photolithography) : фотогравировка является основной технологией процесса потоков. Во-первых, слой фотогравированного клея (Photoresist) должен быть покрыт кристаллической поверхностью. Затем, при помощи экспозиции графики электросхемы перекладываются на фотогравированный клей. Фотогравированный клей после экспозиции обрабатывается визуализацией, формируя графический покрытие.
2. абляция (Etching) : графический шаблон, использующий фотогравированный клей, отшлифовал определенные области кристаллической окружности для удаления ненужных материалов. Этот шаг можно разделить на мокрое и суточное сужение, а выбор конкретных методов зависит от материалов и технологических потребностей.
3. Отложение (Deposition) : новые слои материала, такие как поликристаллический кремний, металл или изолятор, находятся на поверхности выгравированной кристаллической округлой поверхности. Часто используемые методы отложения включают химические (CVD), физические (PVD) и молекулярную эпитаксию луча (MBE).
4. Ионная ингаляция (ион Implantation) : внедрение примесей (например, фосфора, бора) в кристаллическую окружность для регулирования электромеханических свойств полупроводниковых материалов. Этот шаг должен пройти в высоком вакууме, чтобы обеспечить точный контроль над компонентами легирования.
5. Термическая обработка (Thermal Processing) : активирует примеси примесей и восстанавливает повреждения, полученные при помощи таких термических шагов, как отжиг от высокой температуры, и восстанавливает кристаллические окружности в первых нескольких шагах. Термообработка также может способствовать реконструкции решеток транзистора материалов и повышению производительности электроники.
Металлическая взаимосвязь (Metallization) : формирование металлических соединений на поверхности кристаллической окружности для достижения электрической связи между транзистором и другими элементами цепи. Часто используемые металлические материалы включают алюминий, медь и вольфрам.
7. Инкапсуляция и тестирование (Packaging and Testing) : разрезание кристаллов, завершающих поток, на отдельные чипы и инкапсуляция. Чип после упаковки должен пройти тщательный электротехнический тест, чтобы убедиться, что он соответствует требованиям дизайна и стандартам качества.
Технические проблемы с кристаллами и потоками
Несмотря на значительный прогресс в области технологии кристаллов и струн, в практическом применении все еще существует множество технических проблем.
Техническая задача кристаллических кругов
1. Контроль за чистотой материалов и дефектами: управление производством и дефектом кристаллической решётки высококачественного кремния является основной проблемой, созданной кристаллической окружностью. Микропримеси и дефекты решеток кристаллов могут существенно влиять на электромеханические свойства и надежность кристаллических окружностей.
Размер и однородность кристаллических окружностей 2. Для этого нужны четкие срезы и полировка.
3. Управление себестоимости: производство кристаллов включает в себя несколько высокозатратных технологических шагов, таких как рост монолита кремния и полировка высокой точности. То, как снизить стоимость производства, обеспечивая качество, является важной проблемой для бизнеса по производству кристаллов.
Техническая задача струи
Разрешение на фотогравирование: по мере уменьшения размера чипа, разрешение на фотогравирование требует все большего. В настоящее время технология ультрафиолетовой гравировки (EUV) стала основной, но ее стоимость оборудования и технологическая сложность чрезвычайно высоки.
Надежность двухслойной взаимосвязанности: современные чипы обычно используют многослойную взаимосвязанность, что представляет собой чрезвычайно высокий спрос на точность и взаимосвязанность между слоями. Любая ошибка ориентации между слоями или взаимосвязанная ошибка может привести к неэффективности чипа.
3. Управление теплом и управление потреблением: с увеличением интенсивности чипа управление теплом и управление потреблением стали важными проблемами в процессе струи. Высокая температура и высокое энергопотребление влияют на производительность и продолжительность жизни чипа.
4. Точность и однородность: технология ионных инъекций требует концентрации и распределения компонентов, содержащих примеси, с очень высокой точностью и однородностью. Любая неоднородная примесь влияет на электрические свойства и стабильность чипа.
Будущее развитие кристаллов и потоков
Несмотря на множество проблем, стоящих перед технологией кристаллов и потоков, перспективы ее будущего развития остаются широкими. Вот несколько возможных направлений развития:
Применение нового материала: в дополнение к традиционного кремния, новые материалы, такие как карбид кремния (SiC), нитрид Галлия (ган) и графенол, показывают огромный потенциал в производстве кристаллических окружностей. Эти материалы имеют превосходные электрические и тепловые свойства, которые, как ожидается, будут широко применяться в высокочастотных, высокомощных и высокотемпературных приложениях.
2. Передовые фотографические технологии: ультрафиолетовая фотогравировка (EUV) и технология фотогравирования следующего поколения (например, EUV с высоким числовым перфоратором) еще больше увеличит разрешение и точность фотогравировки, чтобы удовлетворить спрос на производство микрочипов в будущем.
3.3 — d-интегральная технология: 3 — d-интегральная технология (3D-IC) значительно улучшает интегрированность и производительность чипа, складывая несколько вертикальных слоев чипов. В будущем технология 3D-IC, как ожидается, будет широко применяться в высокопроизводительных вычислительных и запоминающих областях.
4.интеллектуальное производство и автоматизация: применение технологии интеллектуального производства и автоматизации значительно увеличит эффективность и качество производства кристаллов и потоков. С помощью современных сенсоров и алгоритмов искусственного интеллекта можно получить мониторинг и оптимизацию производственных процессов в реальном времени.
5. Зеленое производство и устойчивое развитие: по мере повышения осведомленности об окружающей среде, производство полупроводников будет уделять больше внимания экологическому производству и устойчивому развитию. Сокращение выбросов энергии и использование ресурсов могут уменьшить экологические последствия в производственном процессе.
вывод
Кристаллические окружности и струны являются двумя ключевыми звенями в процессе производства полупроводников, которые вместе определяют производительность, массу и надежность чипа. Несмотря на многочисленные технические проблемы, по мере развития новых материалов, передовых фотографических технологий, трехмерной интегрированной технологии и технологий интеллектуального производства, технология кристаллов и потоков продолжит продвигать прогресс и инновации в полупроводниковой промышленности. В будущем технология кристаллов и потоков будет играть важную роль в более широком применении, способствуя цифровому преобразованию и модернизации интеллектуальной энергии во всех сферах жизни.
VM600 IOC8T