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

36735. Методы тестирования аппаратных средств ПК 60.79 KB
  Включить компьютер и запустив программу SIW и используя ветвь Hrdwre произвести определение основных параметров следующих элементов ПК: Рабочую частоту ЦП размер кэшпамяти всех уровней Версию BIOS и его размер Параметры МВ – тип чипсета тип сокета ЦП количество слотов шин расширения и памяти Объем тип используемой памяти ее производитель рабочая частота памяти максимальная емкость устанавливаемой памяти. Дату создания BIOS Тип BIOS Идентификационный номер BIOS Тип CPU и его рабочие частоты Размер BIOS ROM Установленный и максимально...
36736. Методика поиска неисправностей элементов БП ПК 120.33 KB
  Правильность работы схемы выработки сигнала PG. Порядок выполнения работы: Методика проверки работы сетевого выпрямителя и фильтра. Ознакомится с признаками исправной работы сетевого выпрямителя и фильтра для этого загрузить модель выпрямителя lb_3_1.
36737. Методика поиска неисправностей элементов Блока питания ПК 960.96 KB
  Неисправные элементы Измеренные значения Напряжение U1 В Потребляемый ток I1 Пульсация выпрямленного напряжения mВ С1 пробой 3.77 mV С1С2пробой 0 342. Переключив К2 в положение низ Последовательно введя неисправность конденсатора C1 и транзисторов VT2VT3 Shot пробой Open обрыв проанализировать поведение схемы и характер вырабатываемого сигнала PG зарисовать полученные осциллограммы для каждого случая. C1 Shot пробой C1 Open обрыв VT2 Shot пробой VT2 Open обрыв VT3 Shot пробой VT3 Open обрыв.
36738. Работа с таблицами в текстовом процессоре Word 478 KB
  Каждая ячейка таблицы может содержать текстовую числовую или графическую информацию. Можно производить любые манипуляции с данными таблицы например вставлять и удалять форматировать данные не нарушая при этом расположения столбцов. Создание таблицы Таблицу в текстовом редакторе Word можно создать двумя способами: В меню Таблица выбрать команду Вставить – Таблица рис. Диалоговое окно Вставка таблицы Рис.
36740. Острое гнойное воспаление среднего уха у детей. Характер нарушения слуха по камертональным и аудиометрическим данным 15.37 KB
  Одно из наиболее частых заболеваний детей младшего возраста. В результате «незрелости» иммунных систем и отсутствия способности к ограничению воспалительного процесса острый средний отит у детей этого возраста характеризуется тяжелыми общими нарушениями.
36741. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАЩИТЫ НАСЕЛЕНИЯ В ВОЕННОЕ ВРЕМЯ 112.5 KB
  Оружие массового поражения обладает огромными поражающими возможностями, в связи с чем важное значение имеют надежная защита населения на всей территории страны и обеспечение устойчивости работы всех объектов экономики в случае применения этого оружия.
36742. Изучение свободных колебаний связанной системы тел 174 KB
  Цель работы: Определение периода колебаний и коэффициента затухания системы содержащей груз блок и пружину. Гармоническими называются колебания при которых изменение фйзической величины например смещения груза у с течением времеи закон колебаний выражается формулой или . амплитуда колебаний; фаза колебаний; циклическая частота; Любое механическое колебание происходит с затратами энерпш на работу протнв сил трения.
36743. Определение длины волны и частоты электромагнитного колебания с помощью схемы Лехера 203 KB
  Цель работы: исследование распределения амплитуд напряжения и тока вдоль двухпроводной линии при различных режимах её работы на сверхвысоких частотах (СВЧ) и определение длины волны генератора СВЧ волн.