Tìm hiểu về quy trình chế tạo chip (IC Manufacturing Process)

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 5/12/2014 ‹#› 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 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: Chế tạo bằng công nghệ nào Tốc độ xử lý Năng lượng Bố trí các pin 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 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.