Технологический процесс в электронной промышленности


Технологический процесс в электронной промышленности
Процессор Apple.

Технологический процесс полупроводникового производства — технологический процесс изготовления полупроводниковых (п/п) изделий и материалов, и состоит из последовательности технологических (обработка, сборка) и контрольных операций, часть производственного процесса производства п/п изделий (транзисторов, диодов и тп.).

При производстве п/п интегральных микросхем применяется фотолитография и литографическое оборудование. Разрешающая способностьмкм и нм) этого оборудования (т. н. проектные нормы) и определяет название применяемого конкретного технологического процесса.

Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров п/п структур способствуют улучшению характеристик (размеры, энергопотребление, стоимость) полупроводниковых приборов (микросхем, процессоров, микроконтроллеров и тд.). Особую значимость это имеет для процессорных ядер, в аспектах потребления электроэнергии и повышения производительности, поэтому ниже указаны процессоры (ядра) массового производства на данном техпроцессе.

Содержание

Этапы технологического процесса

Пластина монокристаллического кремния с готовыми микросхемами

Технологический процесс производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (микропроцессоров, модулей памяти и др.) включает нижеследующие операции.

  • Механическую обработку полупроводниковых пластин — получают пластины полупроводника со строго заданной геометрией, нужной кристаллографической ориентацией (не хуже ±5 %) и классом чистоты поверхности. Эти пластины в дальнейшем служат заготовками в производстве приборов или подложками для нанесения эпитаксиального слоя.
  • Химическую обработку (предшествующую всем термическим операциям) — удаление механически нарушенного слоя полупроводника и очистка поверхности пластины. Основные методы химической обработки: жидкостное и газовое травление, плазмохимические методы. Для получения на пластине рельефа (профилирование поверхности) в виде чередующихся выступов и впадин определённой геометрии, для вытравливания окон в маскирующих покрытиях, для проявления скрытого изображения в слое экспонированного фоторезиста, для удаления его заполимеризированных остатков, для получения контактных площадок и разводки в слое металлизации применяют химическую (электрохимическую) обработку.
  • Эпитаксиальное наращивание слоя полупроводника — осаждение атомов полупроводника на подложку, в результате чего на ней образуется слой, кристаллическая структура которого подобна структуре подложки. При этом подложка часто выполняет лишь функции механического носителя.
  • Получение маскирующего покрытия — для защиты слоя полупроводника от проникновения примесей на последующих операциях легирования. Чаще всего проводится путём окисления эпитаксиального слоя кремния в среде кислорода при высокой температуре.
  • Фотолитография — производится для образования рельефа в диэлектрической плёнке.
  • Введение электрически активных примесей в пластину для образования отдельных p- и n-областей — нужно для создания электрических переходов, изолирующих участков. Производится методом диффузии из твёрдых, жидких или газообразных источников, основными диффузантами в кремний являются фосфор и бор.
Термическая диффузия — направленное перемещение частиц вещества в сторону убывания их концентрации: определяется градиентом концентрации. Часто применяется для получения введения легирующих примесей в полупроводниковые пластины (или выращенные на них эпитаксиальные слои) для получения противоположного, по сравнению с исходным материалом, типа проводимости, либо элементов с более низким электрическим сопротивлением.
Ионное легирование (применяемое при изготовлении полупроводниковых приборов с большой плотностью переходов, солнечных батарей и СВЧ-структур) определяется начальной кинетической энергией ионов в полупроводнике и выполняется в два этапа:
  1. в полупроводниковую пластину на вакуумной установке внедряют ионы
  2. производится отжиг при высокой температуре
В результате восстанавливается нарушенная структура полупроводника и ионы примеси занимают узлы кристаллической решётки.
  • Получение омических контактов и создание пассивных элементов на пластине — с помощью фотолитографической обработки в слое оксида, покрывающем области сформированных структур, над предварительно созданными сильно легированными областями n+- или p+-типа, которые обеспечивают низкое переходное сопротивление контакта, вскрывают окна. Затем, методом вакуумного напыления всю поверхность пластины покрывают слоем металла (металлизируют), излишек металла удаляют, оставив его только на местах контактных площадок и разводки. Полученные таким образом контакты, для улучшения адгезии материала контакта к поверхности и уменьшения переходного сопротивления, термически обрабатывают (операция вжигания). В случае напыления на материал оксида специальных сплавов получают пассивные тонкоплёночные элементы — резисторы, конденсаторы, индуктивности.
  • Добавление дополнительных слоев металла (в современных процессах — около 10 слоев), между слоями располагают диэлектрик (англ. inter-metal dielectric, IMD) со сквозными отверстиями.
  • Пассивация поверхности пластины. Перед контролем кристаллов необходимо очистить их внешнюю поверхность от различных загрязнений. Более удобной (в технологическом плане) является очистка пластин непосредственно после скрайбирования или резки диском, пока они ещё не разделены на кристаллы. Это целесообразно и потому, что крошки полупроводникового материала, образуемые при скрайбировании или надрезании пластин, потенциально являются причиной появления брака при размалывании их на кристаллы с образованием царапин при металлизации. Наиболее часто пластины очищают в деионизированной воде на установках гидромеханической (кистьевой) отмывки, а затем сушат на центрифуге, в термошкафу при температуре не более 60° C или инфракрасным нагревом. На очищенной пластине определяются дефекты вносимые операцией скрайбирования и разламывания пластин на кристаллы, а также ранее проводимых операциях — фотолитографии, окислении, напылении, измерении (сколы и микротрещины на рабочей поверхности, царапины и другие повреждения металлизации, остатки оксида на контактных площадках, различные остаточные загрязнения в виде фоторезиста, лака, маркировочной краски и т.п.).
  • Тестирование неразрезанной пластины. Обычно это испытания зондовыми головками на установках автоматической разбраковки пластин. В момент касания зондами разбраковываемых структур измеряются электрические параметры. В процессе маркируются бракованные кристаллы, которые затем отбрасываются. Линейные размеры кристаллов обычно не контролируют, так как их высокая точность обеспечивается механической и электрохимической обработкой поверхности (толщина) и последующим скрайбированием (длина и ширина).
  • Разделение пластин на кристаллы — механически разделяет (разрезанием) пластину на отдельные кристаллы.
  • Сборка кристалла и последующие операции монтажа кристалла в корпус и герметизация — присоединение к кристаллу выводов и последующая упаковка в корпус, с последующей его герметизацией.
  • Электрические измерения и испытания — проводятся с целью отбраковки изделий, имеющих несоответствующие технической документации параметры. Иногда специально выпускаются микросхемы с «открытым» верхним пределом параметров, допускающих впоследствии работу в нештатных для остальных микросхем режимах повышенной нагрузки (см., например, Разгон компьютеров).
  • Выходной контроль (англ.), завершающий технологический цикл изготовления устройства весьма важная и сложная задача (так, для проверки всех комбинаций схемы, состоящей из 20 элементов с 75 (совокупно) входами, при использовании устройства работающего по принципу функционального контроля со скоростью 104 проверок в секунду, потребуется 1019 лет!)
  • Маркировка, нанесение защитного покрытия, упаковка — завершающие операции перед отгрузкой готового изделия конечному потребителю.
Для выполнения требований электронной производственной гигиены строят особо чистые помещения («чистые комнаты»), в которых люди могут находиться только в специальной одежде

Технологии производства полупроводниковой продукции с субмикронными размерами элементов основана на чрезвычайно широком круге сложных физико-химических процессов: получение тонких плёнок термическим и ионно-плазменным распылением в вакууме, механическая обработка пластин производится по 14-му классу чистоты с отклонением от плоскостности не более 1 мкм, широко применяется ультразвук и лазерное излучение, используются отжиг в кислороде и водороде, рабочие температуры при плавлении металлов достигают более 1500 °C, при этом диффузионные печи поддерживают температуру с точностью 0,5 °C, широко применяются опасные химические элементы и соединения (например, белый фосфор).

Всё это обусловливает особые требования к производственной гигиене, так называемую «электронную гигиену», ведь в рабочей зоне обработки полупроводниковых пластин или на операциях сборки кристалла не должно быть более пяти пылинок размером 0,5 мкм в 1 л воздуха. Поэтому в чистых комнатах на фабриках по производству подобных изделий все работники обязаны носить специальные комбинезоны.[1]. В рекламных материалах Intel спецодежда работников получила название bunny suit («костюм кролика») [2] [3].

Техпроцессы более 100 нм

3 мкм

3 мкм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому в 1979 году Intel. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 3 мкм.

1,5 мкм

1,5 мкм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому Intel в 1982 году. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 1,5 мкм.

0,8 мкм

0,8 мкм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому в конце 1980-х — начале 1990-х годов компаниями Intel и IBM.

0,6 мкм

Техпроцесс, достигнутый производственными мощностями компаниями Intel и IBM в 1994—1995 годах.

  • 80486DX4 CPU (1994 год)
  • IBM/Motorola PowerPC 601, первый чип архитектуры PowerPC
  • Intel Pentium на частотах 75, 90 и 100 МГц
  • МЦСТ-R100 (1998 г., 0,5 мкм, 50 МГц)

0,35 мкм

350 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому в 1997 году ведущими компаниями-производителями микросхем, такими как Intel, IBM, и TSMC. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 0,35 мкм.

0,25 мкм

250 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому в 1998 году ведущими компаниями-производителями микросхем. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 0,25 мкм.

слоев металла до 6. минимальное количество масок 22

0,18 мкм

180 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому в 1999 году ведущими компаниями-производителями микросхем. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 0,180 мкм.

слоев металла до 6-7. минимальное количество масок 22-24

0,13 мкм

130 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому в 2000—2001 годах ведущими компаниями-производителями микросхем. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 130 нм.

  • Intel Pentium III Tualatin
  • Intel Celeron Tualatin-256 — октябрь 2001
  • Intel Pentium M Banias — март 2003
  • Intel Pentium 4 Northwood — январь 2002
  • Intel Celeron Northwood-128 — сентябрь 2002
  • Intel Xeon Prestonia и Gallatin — февраль 2002
  • AMD Athlon XP Thoroughbred, Thorton и Barton
  • AMD Athlon MP Thoroughbred — август 2002
  • AMD Athlon XP-M Thoroughbred, Barton и Dublin
  • AMD Duron Applebred — август 2003
  • AMD K7 Sempron Thoroughbred-B, Thorton и Barton — июль 2004
  • AMD K8 Sempron Paris — июль 2004
  • AMD Athlon 64 Clawhammer и Newcastle — сентябрь 2003
  • AMD Opteron Sledgehammer — июнь 2003
  • МЦСТ Эльбрус 2000 (1891BM4Я) — июль 2008
  • МЦСТ-R500S (1891ВМ3) — 2008, 500 МГц

Техпроцессы менее 100 нм

90 нм (0,09 мкм)

90 нм — техпроцесс, соответствующий уровню полупроводниковой технологии, которая была достигнута к 20022003 годам. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 90 нм.

Технологический процесс с проектной нормой 90 нм часто используется с технологиями напряженного кремния, медных соединений с меньшим сопротивлением, чем у ранее применяемого алюминия, а также новый диэлектрический материал с низкой диэлектрической проницаемостью.

  • Intel Pentium 4 (Prescott)
  • МЦСТ-4R (готовится к выпуску, 4 ядра, 1 ГГц)
  • AMD Turion 64 X2 (мобильный)

65 нм (0,065 мкм)

65 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 2004 году ведущими компаниями-производителями микросхем. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 65—70 нм.

  • STI Cell – PlayStation 3 – 2007-11-17
  • Microsoft Xbox 360 "Falcon" CPU – 2007–09
  • Microsoft Xbox 360 "Opus" CPU – 2008
  • Microsoft Xbox 360 "Jasper" CPU – 2008–10
  • Microsoft Xbox 360 "Jasper" GPU – 2008–10
  • Sun UltraSPARC T2 – 2007–10
  • TI OMAP 3 – 2008-02
  • VIA Nano – 2008-05
  • Loongson – 2009

50 нм (0,050 мкм)

50 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 2005 году ведущими компаниями-производителями микросхем. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 50 нм.

45 нм (0,045 мкм)

45 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 20062007 годах ведущими компаниями-производителями микросхем. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 45 нм. Для микроэлектронной промышленности стал революционным, так как это был первый техпроцесс, использующий технологию high-k/metal gate (HfSiON/TaN в технологии компании Intel), для замены физически себя исчерпавших SiO2/poly-Si

32 нм (0,032 мкм)

32 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 20092010 годах ведущими компаниями-производителями микросхем. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 32 нм. Осенью 2009 компания Intel находилась на этапе перехода к этому новому техпроцессу[4][5][6][7][8]. С начала 2011 начали производится процессоры по данному техпроцессу.

  • Intel Sandy Bridge
  • AMD Bulldozer
  • AMD Piledriver (второе поколение Bulldozer, выход 23 октября 2012[9][10])
  • APU от AMD: Llano и Trinity (выход последнего намечен на октябрь 2012)

28 нм (0,028 мкм)

В третьем квартале 2010 года на новых мощностях расположенной на Тайване фабрики Fab 12 компании TSMC должен начаться серийный выпуск продукции по 28-нанометровой технологии[11].

В мае 2011 по технологии 28 нм фирмой Altera была выпущена самая большая в мире микросхема, состоящая из 3,9 млрд транзисторов.[12]

22 нм (0,022 мкм)

22 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 2009-2012 гг. ведущими компаниями - производителями микросхем. Соответствует линейному разрешению литографического оборудования, примерно равному 22 нм. 22-нм элементы формируются при литографии путем экспонирования маски светом длиной волны 193 нм[13]

В 2008 году, на ежегодной выставке высоких технологий International Electron Devices Meeting в Сан-Франциско технологический альянс компаний IBM, AMD и Toshiba продемонстрировал ячейку памяти SRAM, выполненую по 22-нм техпроцессу из транзисторов типа FinFET, которые, в свою очередь, выполняются по прогрессивной технологии high-k/metal gate (затворы транзистора изготавливаются не из кремния, а из гафния), площадью всего 0,128 мкм² (0,58×0,22 мкм)[14]. Также о разработке ячейки памяти типа SRAM площадью 0,1 мкм² созданную по техпроцессу 22 нм объявили IBM и AMD[15]
Первые работоспособные тестовые образцы регулярных структур (SRAM) представлены публике компанией Intel в 2009 году[16]. 22-нм тестовые микросхемы представляют собой память SRAM и логические модули. SRAM-ячейки размером 0,108 и 0,092 мкм² функционируют в составе массивов по 364 млн бит. Ячейка площадью 0,108 мкм² оптимизирована для работы в низковольтной среде, а ячейка площадью 0,092 мкм² является самой миниатюрной из известных сегодня ячеек SRAM.

Производятся процессоры по такой технологии в начале 2012 года.

  • Intel Ivy Bridge (анонсирован 23 апреля 2012 года).[17]
  • Intel Haswell (последователь Ivy Bridge, ожидаются в 2013 году).

14 нм (0,014 мкм)

Строительство завода под названием Fab42 в американском штате Аризона начнется в середине 2011 года, а в эксплуатацию он будет сдан в 2013 году. По заявлению Intel, он станет самым современным заводом по массовому выпуску компьютерных процессоров — Intel будет выпускать здесь продукцию по 14-нанометровой технологии на основе 300-миллиметровых кремниевых пластин. Завод также станет первым массовым производством, совместимым с 450-мм пластинами.[18][19] В стройку планируется вложить более $5 млрд. На момент запуска Fab 42 станет, как ожидается, одним из самых передовых в мире заводов по выпуску полупроводниковой продукции в больших объёмах.

10 нм (0,01 мкм)

Планы по выпуску серверных решений и развитию техпроцесса до 2018 года.[20]

Техпроцесс атомарного уровня

Учёные нашли способ создания рабочего транзистора, размер которого соответствует лишь одному атому. Исследователи из Университета Южного Уэльса в Австралии смогли создать и управлять технологией на основе атома фосфора, тщательно размещённого на полупроводниковом кристалле[21]. Результаты, как сообщается, приведут к созданию техпроцессов атомарного уровня примерно к 2020 году и могут лечь в основу будущих квантовых компьютеров.

См. также

Литература

  • Готра З. Ю. Справочник по технологии микроэлектронных устройств. — Львов: Каменяр, 1986. — 287 с.
  • Бер А. Ю., Минскер Ф. Е. Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. — М: «Высшая школа», 1986. — 279 с.

Ссылки

Примечания

  1. В качестве средств индивидуальной защиты применяют спецодежду, изготовленную из металлизированной ткани (комбинезоны, халаты, передники, куртки с капюшонами и вмонтированными в них защитными очками)

    В. М. Городилин, В. В. Городилин §21. Излучения, их действия на окружающую среду и меры борьбы за экологию. // Регулировка радиоаппаратуры. — Издание четвёртое, исправленное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1992. — С. 79. — ISBN 5-06-000881-9

  2. Миниатюрность и чистота
  3. Intel Museum – From Sand to Circuits
  4. Intel 32nm Logic Technology (англ.)
  5. процессоры Intel по 32-нм технологии
  6. New Details on Intel’s Upcoming 32nm Logic Technology (англ.)
  7. White Paper Introduction to Intel’s 32nm Process Technology (англ.)
  8. High Performance 32nm Logic Technology Featuring 2nd Generation High-k + Metal Gate Transistors
  9. Массовое производство чипов AMD FX на базе Piledriver начнётся в III квартале
  10. Премьера процессоров AMD
  11. TSMC преодолела сложности 40-нанометровой технологии и в этом году начнет выпуск по нормам 28 нм
  12. Корпорация Altera установила новый отраслевой рекорд - Программируемая вентильная матрица (FPGA) Stratix V
  13. Новости с прошедшего с 22 по 24 сентября в Сан-Франциско Форума Intel для разработчиков (Intel Developer Forum, IDF)
  14. IBM, AMD и Toshiba продемонстрировали первую 22-нм ячейку памяти SRAM
  15. IBM и AMD продемонстрируют 22 нм ячейку памяти
  16. Intel Developer Forum 22nm News Facts
  17. Порядок анонса процессоров Intel Ivy Bridge
  18. A First Look at Intel's 14nm Fab 42 Manufacturing Facility // January 25, 2012 by Douglas Perry - source: VLSI Research; на русском: Intel Fab 42: первые фото строящегося производства по созданию 14 нм процессоров. Цитата: "first volume production facility that is compatible with 450 mm wafers"
  19. Update: Intel to build fab for 14-nm chips // Mark LaPedus 2/18/2011 "Fab 42, will be a 300-mm plant. It will also be compatible for 450-mm"
  20. Просочившийся слайд Intel указывает на 10-нм техпроцесс в 2018 году
  21. Создан транзистор на основе единственного атома



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Технологический процесс в электронной промышленности" в других словарях:

  • Технологический процесс — (ТП), сокр. техпроцесс  это упорядоченная последовательность взаимосвязанных действий, выполняющихся с момента возникновения исходных данных до получения требуемого результата. Технологический процесс  это часть производственного… …   Википедия

  • Технологический процесс — (Process) Определение технологического процесса, типы технологического процесса Определение технологического процесса, типы технологического процесса, правила процесса Содержание Содержание Определение . Понятие технологического процесса Основные …   Энциклопедия инвестора

  • Технологический уклад — [te­nor of technology]  понятие теории научно технического прогресса, введенное в отечественную науку экономистами Д.С.Львовым и С.Ю.Глазьевым: совокупность сопряженных производств (взаимосвязанных технологических цепей), имеющих единый… …   Экономико-математический словарь

  • технологический уклад — Понятие теории научно технического прогресса, введенное в отечественную науку экономистами Д.С.Львовым и С.Ю.Глазьевым: совокупность сопряженных производств (взаимосвязанных технологических цепей), имеющих единый технический уровень и… …   Справочник технического переводчика

  • Интегральная схема — Запрос «БИС» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Современные интегральные микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа Интегральная (микро)схема ( …   Википедия

  • Процессор — У этого термина существуют и другие значения, см. Процессор (значения). Запрос «ЦП» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Intel Celeron 1100 Socket 370 в корпусе FC PGA2, вид снизу …   Википедия

  • Атомно-слоевое осаждение — Последовательное осаждение реагентов в цикле реакции …   Википедия

  • Фуллерен — С60 …   Википедия

  • Международный план по развитию полупроводниковой технологии — (англ. International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)  набор документов, выпускаемый группой экспертов полупроводниковой промышленности. Эти эксперты являются представителями спонсирующих организаций, которые включают в себя …   Википедия

  • TSMC — Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Тип …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.