Em 2020, foram produzidos mais de um bilião de chips em todo o mundo, o que equivale a 130 chips possuídos e utilizados por cada pessoa no planeta.Mesmo assim, a recente escassez de chips continua a mostrar que este número ainda não atingiu o seu limite máximo.
Embora os chips já possam ser produzidos em grande escala, produzi-los não é uma tarefa fácil.O processo de fabricação de chips é complexo e hoje abordaremos as seis etapas mais críticas: deposição, revestimento fotorresistente, litografia, gravação, implantação iônica e embalagem.
Deposição
A etapa de deposição começa com o wafer, que é cortado de um cilindro de silício 99,99% puro (também chamado de “lingote de silício”) e polido até obter um acabamento extremamente liso, e então uma fina película de material condutor, isolante ou semicondutor é depositada. no wafer, dependendo dos requisitos estruturais, para que a primeira camada possa ser impressa nele.Esta etapa importante é muitas vezes referida como “deposição”.
À medida que os chips ficam cada vez menores, a impressão de padrões em wafers se torna mais complexa.Os avanços na deposição, gravação e litografia são fundamentais para tornar os chips cada vez menores e, assim, impulsionar a continuação da Lei de Moore.Isto inclui técnicas inovadoras que utilizam novos materiais para tornar o processo de deposição mais preciso.
Revestimento fotorresistente
Os wafers são então revestidos com um material fotossensível denominado “fotorresistente” (também chamado de “fotorresistente”).Existem dois tipos de fotorresistentes – “fotorresistentes positivos” e “fotorresistentes negativos”.
A principal diferença entre fotorresistentes positivos e negativos é a estrutura química do material e a forma como o fotorresistente reage à luz.No caso dos fotorresistentes positivos, a área exposta à luz UV muda de estrutura e torna-se mais solúvel, preparando-a para o ataque e deposição.Os fotorresistentes negativos, por outro lado, polimerizam nas áreas expostas à luz, o que os torna mais difíceis de dissolver.Os fotorresistentes positivos são os mais utilizados na fabricação de semicondutores porque podem atingir maior resolução, tornando-os uma melhor escolha para a etapa de litografia.Existem agora várias empresas em todo o mundo que produzem fotorresistentes para fabricação de semicondutores.
Fotolitografia
A fotolitografia é crucial no processo de fabricação do chip porque determina quão pequenos podem ser os transistores do chip.Nesta fase, os wafers são colocados em uma máquina de fotolitografia e expostos à luz ultravioleta profunda.Muitas vezes são milhares de vezes menores que um grão de areia.
A luz é projetada no wafer através de uma “placa de máscara” e a óptica da litografia (a lente do sistema DUV) encolhe e foca o padrão de circuito projetado na placa de máscara no fotorresistente do wafer.Conforme descrito anteriormente, quando a luz atinge o fotorresistente, ocorre uma alteração química que imprime o padrão na placa da máscara no revestimento fotorresistente.
Obter o padrão exposto exatamente certo é uma tarefa complicada, com interferência de partículas, refração e outros defeitos físicos ou químicos possíveis no processo.É por isso que às vezes precisamos otimizar o padrão de exposição final, corrigindo especificamente o padrão na máscara para fazer com que o padrão impresso tenha a aparência que desejamos.Nosso sistema usa “litografia computacional” para combinar modelos algorítmicos com dados da máquina de litografia e testar wafers para produzir um design de máscara que é completamente diferente do padrão de exposição final, mas é isso que queremos alcançar porque é a única maneira de obter o padrão de exposição desejado.
Gravura
O próximo passo é remover o fotorresiste degradado para revelar o padrão desejado.Durante o processo de “gravação”, o wafer é cozido e revelado, e parte do fotorresistente é lavado para revelar um padrão 3D de canal aberto.O processo de gravação deve formar características condutoras de forma precisa e consistente, sem comprometer a integridade e estabilidade geral da estrutura do chip.Técnicas avançadas de gravação permitem que os fabricantes de chips usem padrões duplos, quádruplos e baseados em espaçadores para criar as pequenas dimensões dos designs modernos de chips.
Assim como os fotorresistentes, o ataque químico é dividido em tipos “seco” e “úmido”.A gravação a seco usa um gás para definir o padrão exposto no wafer.A gravação úmida usa métodos químicos para limpar o wafer.
Um chip tem dezenas de camadas, portanto a gravação deve ser cuidadosamente controlada para evitar danificar as camadas subjacentes de uma estrutura de chip multicamadas.Se o objetivo do ataque for criar uma cavidade na estrutura, é necessário garantir que a profundidade da cavidade seja exatamente correta.Alguns designs de chips com até 175 camadas, como 3D NAND, tornam a etapa de gravação particularmente importante e difícil.
Injeção de íons
Uma vez que o padrão é gravado no wafer, o wafer é bombardeado com íons positivos ou negativos para ajustar as propriedades condutoras de parte do padrão.Como material para wafers, a matéria-prima silício não é um isolante perfeito nem um condutor perfeito.As propriedades condutoras do silício ficam em algum ponto intermediário.
Direcionar íons carregados para o cristal de silício para que o fluxo de eletricidade possa ser controlado para criar os interruptores eletrônicos que são os blocos de construção básicos do chip, os transistores, é chamado de “ionização”, também conhecida como “implantação iônica”.Após a camada ter sido ionizada, o fotorresistente restante usado para proteger a área não condicionada é removido.
Embalagem
São necessárias milhares de etapas para criar um chip em um wafer, e leva mais de três meses para ir do projeto à produção.Para remover o chip do wafer, ele é cortado em chips individuais usando uma serra diamantada.Esses chips, chamados de “matriz nua”, são separados de um wafer de 12 polegadas, o tamanho mais comum usado na fabricação de semicondutores, e como o tamanho dos chips varia, alguns wafers podem conter milhares de chips, enquanto outros contêm apenas alguns. dúzia.
Esses wafers nus são então colocados em um “substrato” – um substrato que usa folha de metal para direcionar os sinais de entrada e saída do wafer nu para o resto do sistema.Ele é então coberto com um “dissipador de calor”, um pequeno recipiente protetor de metal plano contendo um refrigerante para garantir que o chip permaneça frio durante a operação.
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Horário da postagem: 24 de abril de 2022