1.Informazioni sui circuiti integrati
1.1 Il concetto e la nascita dei circuiti integrati
Circuito Integrato (IC): si riferisce ad un dispositivo che combina dispositivi attivi come transistor e diodi con componenti passivi come resistori e condensatori attraverso una serie di tecniche di elaborazione specifiche.
Un circuito o sistema che viene "integrato" su un wafer semiconduttore (come silicio o composti come l'arseniuro di gallio) secondo determinate interconnessioni circuitali e quindi confezionato in un guscio per eseguire funzioni specifiche.
Nel 1958, Jack Kilby, responsabile della miniaturizzazione delle apparecchiature elettroniche presso Texas Instruments (TI), propose l'idea dei circuiti integrati:
"Poiché tutti i componenti come condensatori, resistori, transistor, ecc. possono essere realizzati con un unico materiale, ho pensato che sarebbe stato possibile realizzarli su un pezzo di materiale semiconduttore e quindi interconnetterli per formare un circuito completo."
Il 12 e il 19 settembre 1958, Kilby completò rispettivamente la produzione e la dimostrazione dell'oscillatore a sfasamento e del trigger, segnando la nascita del circuito integrato.
Nel 2000, Kilby ha ricevuto il Premio Nobel per la fisica. Il Comitato del Premio Nobel una volta commentò che Kilby “gettò le basi per la moderna tecnologia dell’informazione”.
L'immagine sotto mostra Kilby e il suo brevetto sul circuito integrato:
1.2 Sviluppo della tecnologia di produzione dei semiconduttori
La figura seguente mostra le fasi di sviluppo della tecnologia di produzione dei semiconduttori: 
1.3 Catena industriale Circuiti integrati
La composizione della catena industriale dei semiconduttori (principalmente circuiti integrati, compresi i dispositivi discreti) è mostrata nella figura sopra:
- Fables: Azienda che progetta prodotti senza linea di produzione.
- IDM: Integrated Device Manufacturer, produttore di dispositivi integrati;
- IP: produttore del modulo circuitale;
- EDA: Electronic Design Automatic, automazione della progettazione elettronica, l'azienda fornisce principalmente strumenti di progettazione;
- Fonderia; Fonderia di wafer, che fornisce servizi di produzione di chip;
- Fonderie di confezionamento e collaudo: servono principalmente Fables e IDM;
- Aziende di materiali e attrezzature speciali: forniscono principalmente i materiali e le attrezzature necessarie alle aziende produttrici di chip.
I principali prodotti realizzati utilizzando la tecnologia dei semiconduttori sono circuiti integrati e dispositivi a semiconduttore discreti.
I principali prodotti di circuiti integrati includono:
- Parti standard specifiche per l'applicazione (ASSP);
- Unità a microprocessore (MPU);
- Memoria
- Circuito integrato specifico per l'applicazione (ASIC);
- Circuito analogico;
- Circuito logico generale (Circuito Logico).
I principali prodotti di dispositivi discreti a semiconduttore includono:
- Diodo;
- Transistor;
- Dispositivo di potenza;
- Dispositivo ad alta tensione;
- Dispositivo a microonde;
- Optoelettronica;
- Dispositivo sensore (Sensore).
2. Processo di produzione di circuiti integrati
2.1 Produzione di chip
Su un wafer di silicio è possibile realizzare contemporaneamente dozzine o addirittura decine di migliaia di chip specifici. Il numero di chip su un wafer di silicio dipende dal tipo di prodotto e dalla dimensione di ciascun chip.
I wafer di silicio sono solitamente chiamati substrati. Il diametro dei wafer di silicio è aumentato nel corso degli anni, da meno di 1 pollice all'inizio ai comunemente usati 12 pollici (circa 300 mm) adesso, e sta subendo una transizione a 14 pollici o 15 pollici.
La produzione dei chip è generalmente suddivisa in cinque fasi: preparazione del wafer di silicio, produzione del wafer di silicio, test/prelievo dei chip, assemblaggio e confezionamento e test finale.
(1)Preparazione del wafer di silicio:
Per produrre la materia prima, il silicio viene estratto dalla sabbia e purificato. Uno speciale processo produce lingotti di silicio di diametro adeguato. I lingotti vengono poi tagliati in sottili wafer di silicio per realizzare microchip.
I wafer vengono preparati secondo specifiche specifiche, come i requisiti dei bordi di registrazione e i livelli di contaminazione.
(2)Produzione di wafer di silicio:
Conosciuto anche come produzione di chip, il wafer di silicio nudo arriva all'impianto di produzione di wafer di silicio e quindi passa attraverso varie fasi di pulizia, formazione di pellicola, fotolitografia, incisione e drogaggio. Il wafer di silicio lavorato ha un set completo di circuiti integrati permanentemente incisi sul wafer di silicio.
(3)Test e selezione di wafer di silicio:
Una volta completata la produzione dei wafer di silicio, i wafer di silicio vengono inviati all'area di test/smistamento, dove i singoli chip vengono sondati e testati elettricamente. I chip accettabili e non accettabili vengono quindi selezionati e i chip difettosi vengono contrassegnati.
(4)Assemblaggio e imballaggio:
Dopo il test/smistamento dei wafer, i wafer entrano nella fase di assemblaggio e confezionamento per confezionare i singoli chip in un pacchetto di tubi protettivi. Il lato posteriore del wafer è rettificato per ridurre lo spessore del substrato.
Una spessa pellicola di plastica viene fissata sul retro di ciascun wafer, quindi viene utilizzata una lama con punta diamantata per separare i trucioli su ciascun wafer lungo le linee di incisione sul lato anteriore.
La pellicola di plastica sul retro del wafer di silicio impedisce al chip di silicio di cadere. Nell'impianto di assemblaggio, i trucioli buoni vengono pressati o evacuati per formare un pacchetto di assemblaggio. Successivamente, il chip viene sigillato in un guscio di plastica o ceramica.
(5)Prova finale:
Per garantire la funzionalità del chip, ciascun circuito integrato confezionato viene testato per soddisfare i requisiti dei parametri caratteristici elettrici e ambientali del produttore. Dopo il collaudo finale, il chip viene inviato al cliente per l'assemblaggio in una sede dedicata.
2.2 Divisione dei processi
I processi di produzione dei circuiti integrati si dividono generalmente in:
Fine frontale: Il processo front-end si riferisce generalmente al processo di produzione di dispositivi come transistor, compresi principalmente i processi di formazione di isolamento, struttura di gate, source e drain, fori di contatto, ecc.
Back-end: Il processo back-end si riferisce principalmente alla formazione di linee di interconnessione in grado di trasmettere segnali elettrici a vari dispositivi sul chip, compresi principalmente processi come la deposizione dielettrica tra le linee di interconnessione, la formazione di linee metalliche e la formazione di cuscinetti di piombo.
A metà fase: Al fine di migliorare le prestazioni dei transistor, i nodi tecnologici avanzati dopo 45 nm/28 nm utilizzano dielettrici di gate ad alto k e processi di gate in metallo e aggiungono processi di gate sostitutivi e processi di interconnessione locale dopo che la struttura di source e drain del transistor è stata preparata. Questi processi si trovano tra il processo front-end e il processo back-end e non vengono utilizzati nei processi tradizionali, quindi sono chiamati processi mid-stage.
Di solito, il processo di preparazione del foro di contatto è la linea di demarcazione tra il processo front-end e il processo back-end.
Foro di contatto: un foro inciso verticalmente nel wafer di silicio per collegare la linea di interconnessione metallica del primo strato e il dispositivo substrato. È riempito con metallo come il tungsteno e viene utilizzato per condurre l'elettrodo del dispositivo allo strato di interconnessione metallico.
Foro passante: È il percorso di connessione tra due strati adiacenti di linee di interconnessione metalliche, situato nello strato dielettrico tra i due strati metallici, ed è generalmente riempito con metalli come il rame.
In senso lato:
Processo front-end: In senso lato, la produzione di circuiti integrati dovrebbe includere anche test, confezionamento e altre fasi. Rispetto al test e al confezionamento, la produzione di componenti e interconnessioni costituisce la prima parte della produzione di circuiti integrati, collettivamente definiti processi front-end;
Processo di back-end: Il test e il confezionamento sono chiamati processi back-end.
3. Appendice
SMIF: interfaccia meccanica standard
AMHS: Sistema automatizzato di consegna dei materiali
OHT: trasferimento del paranco sopraelevato
FOUP: Pod unificato con apertura frontale, esclusivo per wafer da 12 pollici (300 mm)
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Orario di pubblicazione: 15 agosto 2024