bài thuyết trình tìm hiểu về quy trình chế tạo chip (ic manufacturing process)

Các thiết bị điện tử có mặt ở hầu hết các lĩnh vực của đời sống con người.. IC theo tiếng anh là integrated circuit thường được gọi là chip, là mạch điện được tích hợp các linh kiện bán

TÌM HIỂU VỀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO CHIP

(IC MANUFACTURING PROCESS)

GVHD : GS.TS Đinh Sỹ Hiền

SV : Trần Đình Minh Trí _1120186

Nguyễn Thanh Toàn _1120177 Phạm Quang Vinh _1120202 Trần Đăng Khương _1120080 Trịnh Thị Diễm Mi _1120103

1 Giới thiệu

 Bây giờ đang là thời đại kĩ thuật số

Các thiết bị điện tử có mặt ở hầu hết

các lĩnh vực của đời sống con người

thiết bị điện tử

 Dẫn đến sự phát triển của ngành

công nghiệp chế tạo và sản xuất IC

rất mới mẻ và nhiều tiềm năng

 Vậy, những quy trình và đòi hỏi của

thiết kế và sản xuất Chip

2 Nội dung tìm hiểu

IC là gì và nó quan trọng như thế nào đối với các thiết bị điện tử

Quá trình chế tạo IC là như thế nào

Xu hướng phát triển của ngành công nghiệp chế tạo IC ngày nay

1 mẫu IC

2.1 IC là gì ?

IC theo tiếng anh là integrated circuit

thường được gọi là chip,

là mạch điện được tích hợp các linh

kiện bán dẫn ( transistor) và các linh

kiện điện tử thụ động (điện trở, tụ

điện…) được kết nối với nhau và có

kích cỡ rất nhỏ

2.2 Ý nghĩa của IC

1 mạch có sử dụng IC

Các IC được thiết kể để đảm nhiệm

chức năng như một linh kiện phức

hợp (gồm tổng hợp nhiều linh kiện

khác)

Sử dụng IC sẽ giảm kích thước của

mạch đi rất nhiều, bên cạnh đó còn

làm tăng độ chính xác lên

2.3 Các công đoạn chế tạo IC

• Sản xuất mask

• Chuẩn bị wafer

• Xử lý wafer

• Kiểm tra, đóng gói, xuất

xưởng

2.3.2

Xử lý (processing)

• Thiết kế hệ thống

• Thiết kế chức năng

• Thiết kế logic và thiết kế

mạch

• Thiết kế sơ đồ

• Mark pattern design

2.3.1

Thiết kế (design)

 Đây là bước đặc biệt quan trọng.

 Người thiết kế phải lý giải được 100% hệ thống sắp thiết kế

 Người thiết kế phải biết rõ nguyên lý và các đặc tính của hệ

thống như:

o Bố trí các pin

2.3.1.1 Thiết kế hệ thống (System design)

Đặc điểm của bước này là không có sự hỗ trợ đặc biệt nào từ các công cụ chuyên dụng.

 Ở phần này các thành viên thiết kế dùng ngôn ngữ HDL (Verilog-HDL, VHDL, ) để thiết kế các chức năng cho chip

 Mức độ thiết kế là RTL (Register Transfer Level), nghĩa là

không cần quan tâm đến cấu tạo chi tiết của mạch điện

mà chỉ chú trọng vào hoạt động tổng thể của chip dựa

trên kết quả tính toán và sự luân chuyển dữ liệu giữa các register

2.3.1.2 Thiết kế chức năng (Function design)

 Đây là bước chuyển những RTLs đã thiết kế ở

phần 2 xuống mức thiết kế thấp hơn.

 Các chức năng mức trừu tượng cao (RTL)

sẽ được hoán đổi thành các quan hệ logic

(NOT, NAND, NOR, MUX, ) từ đó chuyển

xuống mức cổng.

 Các Tool chuyên dụng sẽ thực hiện nhiệm vụ

này, ví dụ như Design Compiler, Synplify,

XST,…

2.3.1.3 Thiết kế logic và thiết kế mạch (Synthesic place router)

 Người thiết kế sử dụng các công cụ

CAD để chuyển net-list sang kiểu data

cho layout

thứ gọi là Design Rule* : Các linh kiện

được thiết kế sao cho chiếm diện tích

nhỏ nhất và tối ưu được các chức

năng của chip.

Layout design

2.3.1.4 Thiết kế sơ đồ bố trí ( Layout design)

 Ở công đoạn này người

thiết kế chuyển file layout

vừa có được sang mask

pattern Tức là họ sẽ

chuyển các phần đã design

sang 1 kiểu format đặc biệt

để sản xuất mask.

2.3.1.5 Mask pattern design

 Sản xuất Mask như là sản xuất

khuôn để đúc vi mạch lên tấm

silicon

tia điện tử (EB – Electron Beam)

Giá các tấm mask này rất đắt Cỡ vài

triệu USD

Sản xuất mask

2.3.2.1 Sản xuất mask

 Đây là bước tinh chế cát

(SiO2) thành Silic nguyên

chất (99.99%).

thêm tạp chất là các nguyên

tố nhóm 3 hoặc nhóm 5

 Silicon sẽ được cắt thành các

tấm tròn đường kính 200mm

hoặc 300mm với bề dày cỡ

750um.

Các lát cắt wafer

2.3.2.2 Chuẩn bị wafer

Đây là bước làm sạch

wafer bằng các dung

dịch hóa học

Rửa

Đây là bước làm sạch

wafer bằng các dung

dịch hóa học

Ô-xi hóa

Tạo SiO2 trên bề mặt wafer SiO2 sẽ trở thành gate của transistor

Ô-xi hóa

Tạo SiO2 trên bề mặt wafer SiO2 sẽ trở thành gate của transistor

CVD

Tạo các lớp film mỏng trên bề mặt wafer để làm điện cực cho transitor

CVD

Tạo các lớp film mỏng trên bề mặt wafer để làm điện cực cho transitor

Cấy Ion

Sử dụng các nguồn

Ion năng lượng cao

để làm thay đổi nồng

độ của Si

Cấy Ion

Sử dụng các nguồn

Ion năng lượng cao

để làm thay đổi nồng

độ của Si

Cắt

Loại bỏ các phần SiO2 không cần thiết Có thể dùng pp hóa học hoặc cắt bằng plasma

Cắt

Loại bỏ các phần SiO2 không cần thiết Có thể dùng pp hóa học hoặc cắt bằng plasma

CMP

Làm phẳng bề mặt bằng phương pháp cơ

– hóa

CMP

Làm phẳng bề mặt bằng phương pháp cơ

– hóa

Photolithography

Đưa mask pattern lên

bề mặt wafer bằng

phương pháp quang

học

Photolithography

Đưa mask pattern lên

bề mặt wafer bằng

phương pháp quang

học

Sputtering

Phủ kim loại lên wafer

để làm dây dẫn nối các transistor với nhau bằng cách bắn các ion kim loại trong plasma

Sputtering

Phủ kim loại lên wafer

để làm dây dẫn nối các transistor với nhau bằng cách bắn các ion kim loại trong plasma

Annealing

Xử lí nhiệt giúp sửa các liên kết chưa hoàn chỉnh của Si liên kết với H+ nhằm giảm thất thoát năng lượng

Annealing

Xử lí nhiệt giúp sửa các liên kết chưa hoàn chỉnh của Si liên kết với H+ nhằm giảm thất thoát năng lượng

2.3.2.3 Xử lí wafer

 Chip sẽ được xử lý các khâu như là:

số của chip

 Kế đến, chip được đội ngũ testing kiểm tra

xem chip đã hoạt động tốt hay chưa

phẩm và đưa tới nơi cần sử dụng

2.3.2.4 Kiểm tra - Đóng gói - Xuất xưởng

Ngành công nghiệp chế tạo IC càng ngày

càng phát triển để phù hợp với xu hướng

của thời đại Các IC càng ngày càng phải

đáp ứng những đặc tính sau:

2.4 Hướng phát triển của ngành công nghiệp IC

Tổng kết

Qua bài tìm hiểu này nhóm thu được:

 Cơ bản năm được quy trình từ thiết kế đến sản xuất 1 IC

Thank you.