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

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.

Mà IC hầu hết đều có mặt trong các 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 quá
trình sản xuất này như thế nào?
Các công đoạn và phòng
thiết kế và sản xuất Chip
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
2. Nội dung tìm hiểu

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
Chế tạo bằng công nghệ nào
o
Tốc độ xử lý
o
Năng lượng
o
Bố trí các pin
o
Điều kiện hoạt động

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.

Ở đây phải tuân thủ nghiêm ngặt một
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.

Công nghệ sản xuất hiện đại sử dụng
tia điện tử (EB – Electron Beam).


Một chip cần khoảng 20 tới 30 masks.
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%).

Silic nguyên chất sẽ được pha
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
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

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
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
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

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:
•
Grinding: Mài mỏng đế chip
•
Bonding: Nối ra các chân
•
Molding: Phủ lớp cách điện
•
Marking: Ghi tên hãng sản xuất và thông số của
chip

Kế đến, chip được đội ngũ testing kiểm tra xem
chip đã hoạt động tốt hay chưa

Cuối cùng chip được đóng gói vào hộp sản 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:


Nhỏ gọn hơn

Tiết kiệm năng lượng hơn

Tích hợp nhiều chức năng hơn.

Vật liệu mới có chức năng ưu việt hơn
2.4 Hướng phát triển
của ngành công nghiệp IC
Tổng kết
Qua bài tìm hiểu này nhóm thu được:
-
Hiểu được cơ bản về IC, tính năng và các đặc điểm của IC.
-
Cơ bản năm được quy trình từ thiết kế đến sản xuất 1 IC.
Thank you.