BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN - Thiết kế hệ thống số VLSI - CHỦ ĐỀ - TÌM HIỂU VỀ HỆ QUANG HỌC TẠO MASK (LENS) VÀ ĐỘ PHÂN GIẢI, SAI SỐ CHẾ TẠO CỦA CÁC TIẾN TRÌNH SẢN XUẤT VI MẠCH HIỆN ĐẠI

Báo cáo
bài tập
lớn
TÌM HIỂU VỀ HỆ QUANG HỌC TẠO
MASK (LENS) VÀ ĐỘ PHÂN GIẢI, SAI
SỐ CHẾ TẠO CỦA CÁC TIẾN TRÌNH
SẢN XUẤT VI MẠCH HIỆN ĐẠI


Nội d ung

Phần 1

Phần 2

Phần 3

Giới Thiệu Quy
Trình Sản Xuất Vi
Mạch

Tìm hiểu về hệ
quang học tạo
mask (Lens)

Độ phân giải, sai số
chế tạo của các
tiến trình sản xuất
vi mạch hiện đại

Phần 1 : Giới thiệu quy
trình sản xuất vi mạch


Phân loại

Thiết kế vi mạch thường chia làm 3 loại:
● Thiết kế số (Digital IC design)
● Thiết kế tương tự (Analog IC design)
● Thiết kế tín hiệu hỗn hợp (Mixed-signal design)

Quy trình thiết kế gồm 2 cơng đoạn chính:
●Thiết kế luận lý (Front End design)
●Thiết kế vật lý (Back End design)


Chi tiết quy trình

● System design ( người thiết kế thường là trưởng dự án )
● Function design (team leader chịu trách nhiệm chia nhỏ công việc cho thành viên trong
nhóm)
● Synthesis – Place – Route (chuyển mức thiết kế RTLs thành các quan hệ logic, kết quả dc
các ‘net-list’ cấu trúc theo tiêu chuẩn nào đó thường là EDIF)
● Layout design (sử dụng các công cụ CAD để chuyển net-list sang kiểu data cho layout)
● Mask pattern design(mask data được gửi tới nhà sản xuất mask để nhận bộ mask kim loại
phù hợp)
● Sản xuất mask( khuôn để đúc vi mạch lên tấm silicon)
● Chuẩn bị wafer (tinh chế Si02 thành silic nguyên chất )
● Các quá trình xử lý wafer
● Kiểm tra, đóng gói và xuất xưởng

Hình ảnh nơi sản xuất


Phần 2: Tìm hiểu về hệ quang học tạo
Tổng quanmask
về quang học
Quang học là một ngành của vật lý học nghiên cứu các tính
chất và hoạt động của ánh sáng, bao gồm tương tác của nó
với vật chất và cách chế tạo ra các dụng cụ nhằm sử dụng
hoặc phát hiện nó. Phạm vi của quang học thường nghiên
cứu ở bước sóng khả kiến, tử ngoại, và hồng ngoại.


Mask(Lens trong
quang học)

- Mask (lens) trong quang
học là một công cụ quan
trọng được sử dụng để
điều chỉnh và kiểm soát
luồng ánh sáng. Nó là một
bề mặt trong suốt có hình
dạng đặc biệt, được làm từ
vật liệu như thủy tinh hoặc
nhựa, và có khả năng tác
động lên các tia sáng đi
qua nó.
- Một vài vai trị chính của mask:

+ Điều chỉnh và tập trung ánh
sáng
+ Phân cực ánh sáng
+ Phân tán và làm mờ ánh
sáng


Ứng Dụng Các Loại
Mask
1. Photomask
Sử dụng trong công nghệ
lithography để tạo ra các
mẫu mơ phỏng - trên wafer
trong q trình sản xuất
chip điện tử
3. Mask trong công nghệ quét và
nhận dạng
- Sử dụng trong các thiết bị quét và
nhận dạng để tạo ra mẫu mô phỏng
và điều chỉnh ánh sáng giúp thu
nhận thơng tin chính xác và tạo ra
hình ảnh chất lượng cao

2. Mask trong công nghệ in ấn
- Sử dụng trong công nghệ in
ấn để tạo ra các mẫu mô
phỏng hoặc mặt in

4. Mask trong công nghệ hiển thị
- Sử dụng để tạo ra các mẫu mô phỏng trên các

lớp vật liệu của màn hình LCD và OLED

5. Mask trong quang học và quang viễn thám
- Sử dụng trong quang học và quang viễn thám để
tạo ra các mẫu mô phỏng ánh sáng trên các thiết bị
quang học


Các vật liệu phổ biến được sử
dụng để sản xuất mask
1. Soda-lime glass
- Gía thành rẻ và dễ gia
cơng nhưng hạn chế trong
việc truyền ánh sáng UV
nên sử dụng cho các ứng
dụng không yêu cầu phổ
UV rộng
2. Quartz(Silica)
- Sử dụng trong công nghệ
lithography. Khả năng chịu nhiệt
cao và độ ổn định tốt

3. Chrome
- Sử dụng trong việc tạo ra các mask
lithography, khả năng chịu nhiệt cao
và dễ gia công

4. Silicice
- Sử dụng trong ứng dụng
lithography cao cấp, khả năng

chiụ nhiệt và phản xạ tốt, giúp
tăng độ chính xác và độ phân giải
của mask


Nguyên lý hoạt động
1. Các nguyên lý quang học liên quan đến mask, chẳng hạn như sự khúc xạ, tán xạ, phản xạ và
lăng kính.
- Sự khúc xạ: Sự khúc xạ là hiện tượng khi ánh sáng gặp một bề mặt phân cách giữa hai mơi trường
có chỉ số khúc xạ khác nhau và bị thay đổi hướng. Khi mask gặp ánh sáng, sự khúc xạ có thể được sử
dụng để điều chỉnh hướng và tập trung ánh sáng vào một điểm hoặc khu vực nhất định.
- Sự tán xạ: Sự tán xạ là hiện tượng khi ánh sáng gặp phải các rắn, chất lỏng hoặc khí có kích thước
nhỏ và bị phân tán trong nhiều hướng khác nhau. Khi mask có tính chất tán xạ, nó có thể được sử dụng
để làm mờ hoặc phân tán ánh sáng và tạo ra hiệu ứng quang học đặc biệt.
- Sự phản xạ: Sự phản xạ là hiện tượng khi ánh sáng gặp một bề mặt và bị phản xạ lại. Mask có thể
được thiết kế để có tính chất phản xạ, cho phép điều chỉnh hướng và phân phối ánh sáng theo ý muốn.


Nguyên lý
hoạt động
- Lăng kính: Lăng kính là một cấu trúc quang học có khả năng
chuyển đổi và điều chỉnh hướng của ánh sáng. Khi mask có tính
chất lăng kính, nó có thể được sử dụng để tập trung, phân tán
hoặc chuyển đổi hướng ánh sáng theo cách đặc biệt. Lăng kính
trong mask có thể có hình dạng cong, phân chia ánh sáng thành
các góc khác nhau hoặc tạo ra hiệu ứng quang học độ


Ngun lý
hoạt động

2. Các cơng nghệ và quy trình sản xuất mask, bao gồm cách thiết kế, gia công và đánh bóng.
- Thiết kế mask: tạo mơ hình kĩ thuật hoặc bản vẽ CAD
- Gia công vật liệu cơ bản:
+ Cắt
+ Gia cơng bề mặt
+ Áp phích cơng nghệ mask
+ Photolithography
+ Ép kính


Nguyên lý
hoạt động
3. Ứng dụng của mask trong quang
học
+ Hệ thống quang học
+ Các hệ thống phân tán ánh sáng
+ Hệ thống tập trung ánh sáng
+ Viễn thám
+ Các hệ thống quan sát không gian
+ Các hệ thống quan sát từ xa
+ Cơng nghệ màn hình
+ Máy qt


Nguyên lý hoạt động
4. Ứng dụng của mask trong thực tế
+ Công nghệ chế tạo vi mạch
+ Công nghệ mô phỏng quang
+ Công nghệ hiển thị
+ Công nghệ in ấn

+ Công nghệ quét và nhận dạng


Phần 3: ĐỘ PHÂN GIẢI, SAI SỐ CHẾ TẠO
CỦA CÁC TIẾN TRÌNH SẢN XUẤT VI MẠCH

1. Độ phân giải
- Các thành phần trong một transitor planar bao
gồm:
+Gate(G):Cực cổng
+Source(S):Cực nguồn
+Drain(D):cực máng, dùng để nhận các hạt
electron mang điện đi từ cực nguồn sang


Phần 3: ĐỘ PHÂN GIẢI, SAI SỐ CHẾ TẠO
CỦA CÁC TIẾN TRÌNH SẢN XUẤT VI MẠCH

1. Độ phân giải
- Về mặt tiêu thụ điện, trong cấu trúc FinFET, cực cổng
với lớp oxide sẽ bọc source và drain từ 3 hướng nên sẽ
chặn được việc rị rỉ electron ra ngồi. Trong khi đó, ở
bóng bán dẫn planar thì lớp oxide này chỉ chặn được 1
hướng mà thơi. Nói cách khác, vì điện ít rị rỉ hơn nên
việc đổi trạng thái từ Off sang On sẽ tiêu thụ ít điện hơn.
Như vậy thời gian dùng pin sẽ được cải thiện.


Độ phân giải
- Hiện nay, các dây chuyền 14nm trở xuống đều dùng công

nghệ FinFET
- Tuy nhiên, lúc này con số 14nm, 10nm, 7nm… khơng cịn
đại diện cho gate length nữa vì kiến trúc chip giờ đã dựng
lên thành 3 chiều rồi, khơng cịn dạng phẳng 2 chiều như
transitor planar ngày xưa nên không thể chỉ đo bằng gate
length nữa.
- Hiện nay, các con số 14nm, 10nm, 7nm… chỉ dùng để chỉ
“thế hệ” dây chuyền sản xuất, hay còn gọi là process
node, process technology, hay chỉ đơn giản là node


2. Sai số chế tạo của các tiến trình sản
xuất vi mạch hiện đại
Khái niệm: Sai số chế tạo thể hiện độ chính xác của q trình sản xuất
các chi tiết trên chip. Sai số chế tạo được đo bằng đơn vị nm
(nanomet), và là khoảng cách giữa kích thước thực tế của chi tiết được
sản xuất và kích thước mục tiêu ban đầu.
Nguyên nhân
+ Do thay đổi nhiệt độ và độ ẩm
+ Do Độ chính xác của các máy móc và thiết bị sản xuất
+ Do Q trình etsa và photolithography
+ Thiết kế vi mạch


2. Sai số chế tạo của các tiến trình sản xuất vi
mạch hiện đại

Cách khắc phục
+ Kiểm sốt q trình sản xuất
+ Cải tiến thiết kế vi mạch

+ Sử dụng các cơng nghệ sản xuất mới
+ Tối ưu hóa điều kiện mơi trường
+ Kiểm sốt chất lượng sản phẩm