21156

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС В ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Технологии производства полупроводниковой продукции с субмикронными размерами элементов основана на чрезвычайно широком круге сложных физикохимических процессов: получение тонких плёнок термическим и ионноплазменным распылением в вакууме механическая обработка пластин производится по 14му 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...

Русский

2013-08-02

141.5 KB

10 чел.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС В ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

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. Техпроцесс — это масштаб технологии, которая определяет размеры полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей п/п изделий (эти цепи состоят из соединенных соответствующим образом между собой транзисторов и диодов).

Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров п/п структур способствуют улучшению характеристик (размеры, энергопотребление, стоимость) полупроводниковых приборов (микросхем, процессоров, микроконтроллеров и тд.).

   

Этапы технологического процесса

Технологический процесс производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем (микропроцессоров, модулей памяти и др.) включает следующие 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.
  •  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.
  •  Разделение пластин на кристаллы — механически разделяет пластину на отдельные кристаллы.
  •  Операции монтажа кристалла в корпус и герметизация — присоединение к кристаллу выводов и последующая упаковка в корпус, с его последующей 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.
  •  Маркировка, нанесение защитного покрытия, упаковка — завершающие операции перед отгрузкой готового изделия конечному покупателю.

При производстве полупроводниковых интегральных микросхем применяется фотолитография и литографическое оборудование. Разрешающая способность этого оборудования (т. н. проектные нормы) и определяет название применяемого технологического процесса. Особую значимость имеет для процессорных ядер, в аспектах потребления электроэнергии, повышения производительности, поэтому указаны процессоры (ядра) массового производства на данном техпроцессе.

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 на фабриках Intel по производству процессоров в 1973 году впервые был использован и с тех пор стал общепринятым стандартом комбинезон белого цвета, который обязаны носить все рабочие производственных помещений. Он получил название «костюм белого кролика» или сокращённо «костюм кролика»

РАЗВИТИЕ ТЕХПРОЦЕССОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ МП

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.

  •  Intel 8086 

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.

  •  Intel 80286 

0,8 мкм

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

  •  Intel 80486 (1989 год)
  •  MicroSPARC I (1992 год)
  •  Первые Intel P5 Pentium на частотах 60 и 66 МГц (1993 год)

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.

  •  Intel Pentium MMX (P55)
  •  Intel Pentium Pro 
  •  Pentium II (Klamath)
  •  МЦСТ-R150 (2001 г., 150 МГц)

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.

  •  Pentium II (Deschutes)

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.

  •  AMD Athlon XP Palomino

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 R-500S 1891BM3 — июль 2008
  •  МЦСТ Эльбрус 2000 (1891BM4Я) — июль 2008
  •  МЦСТ-R500S (1891ВМ3) — 2004, 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)

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.

  •  Intel Core 2 Duo 
  •  Intel Core 2 Quad 
  •  AMD Phenom X3, X4

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.

  •  Intel Core 2 Duo 
  •  Intel Core 2 Quad 
  •  Intel Core i3, i5, i7 
  •  AMD Phenom II X2,II X3,II X4,II X6
  •  AMD Athlon II X2,X3,X4

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. На осень 2009 года компания Intel находилась на этапе перехода к этому новому техпроцессу.

28 нм (0,028 мкм)

В третьем квартале 2010 года на новых мощностях расположенной на Тайване фабрики Fab 12 компании Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) должен начаться серийный выпуск продукции по 28-нанометровой технологии.

22 нм (0,022 мкм)

Первые работоспособные тестовые образцы регулярных структур (SRAM) представлены публике компанией Intel в 2009 году. 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.

22-нм элементы формируются при литографии путем экспонирования маски светом длиной волны 193 нм

Введение в производство планируется во второй половине 2011 года. Об этом заявил глава Intel Пол Отеллини, продемонстрировав кремниевую пластину с чипами, созданную по 22-нанометровой технологии.

Также о разработке ячейку памяти типа SRAM площадью 0,1 мкм² созданную по техпроцессу 22 нм объявили IBM и AMD

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 нм² (0,58×0,22 мкм)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7498. Философия личности. Философские взгляды на личность 45.5 KB
  Философия личности Одним из первых представителей неклассической философии был немецкий мыслитель Артур Шопенгауэр (1788 г.г.). Его интересовала история Востока, восточные языки, философия Индии и Китая. Главное произведение...
7499. Философия науки 35 KB
  Философия науки Она выходит на первые места к началу XX в., потому что в XIX в. были сделаны фундаментальные открытия (Закон сохранения энергии, открытие клеточного строения живых организмов, эволюционная теория Дарвина, периодическая система ...
7500. Проект будівництва хлібопекарського заводу 1.07 MB
  Головною задачею проектування хлібопекарських підприємств є постійне підвищення технічного рівня хлібозаводів, забезпечення високої продуктивності і культури праці при найбільш ефективному використанні капітальних вкладень; утворення комплексно-механізованих хлібопекарських підприємств.
7501. Европейская философия нового времени 33 KB
  Европейская философия нового времени Европейская философия нового времени. Новое время - это период становления капиталистических отношений, период развития производства, требовавший развития науки и техники. Все это влияет на развитие философ...
7502. Истоки русской философии 48.5 KB
  Истоки русской философии Истоками возникновения философии на Руси можно считать: Славянскую мифологию Появление болгарской книжности т.е. появление славянской азбуки - кириллицы (IX век) Приход христианства на Русь и связанный...
7503. Философия эпохи возрождения 43 KB
  Философия эпохи возрождения Эпоха Возрождения обращается к античности, как к идеалу. В центре внимания оказывается человек, для этого этапа характерен антропоцентризм. Прежде всего, изменение отношения к человеку стало заметно в произведениях искусс...
7504. Критический утопический социализм 24.5 KB
  Критический утопический социализм. Появляется как реакция на разочарование в результатах Французской буржуазной революции. Представители этого направления критикуют современный им буржуазный строй и предлагают свои проекты преобраз...
7505. Основные идеи эпохи Просвещения 32 KB
  Основные идеи эпохи Просвещения. Эпоха Просвещения - это период идеологической подготовки к утверждению политической власти буржуазии. В этот период происходит утверждение буржуазных ценностей таких как: ценность жизни, свободы и равенства (юридичес...
7506. Экология: конспект лекций 843.5 KB
  Предлагаемое пособие поможет студентам в решении именно этой задачи применительно к курсу Экология. Содержание и структура пособия соответствуют требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Издание п...