1.Sobre Circuitos Integrados
1.1 O conceito e nascimento dos circuitos integrados
Circuito Integrado (IC): refere-se a um dispositivo que combina dispositivos ativos, como transistores e diodos, com componentes passivos, como resistores e capacitores, por meio de uma série de técnicas de processamento específicas.
Um circuito ou sistema que é “integrado” em um wafer semicondutor (como silício ou compostos como arsenieto de gálio) de acordo com certas interconexões de circuito e então embalado em um invólucro para executar funções específicas.
Em 1958, Jack Kilby, responsável pela miniaturização de equipamentos eletrônicos na Texas Instruments (TI), propôs a ideia de circuitos integrados:
“Como todos os componentes, como capacitores, resistores, transistores, etc. podem ser feitos de um único material, pensei que seria possível fabricá-los em um pedaço de material semicondutor e depois interconectá-los para formar um circuito completo.”
Em 12 e 19 de setembro de 1958, Kilby concluiu a fabricação e demonstração do oscilador de mudança de fase e do gatilho, respectivamente, marcando o nascimento do circuito integrado.
Em 2000, Kilby recebeu o Prêmio Nobel de Física. O Comité do Prémio Nobel comentou certa vez que Kilby “lançou as bases para a moderna tecnologia da informação”.
A imagem abaixo mostra Kilby e sua patente de circuito integrado:
1.2 Desenvolvimento de tecnologia de fabricação de semicondutores
A figura a seguir mostra os estágios de desenvolvimento da tecnologia de fabricação de semicondutores: 
1.3 Cadeia da indústria Circuitos Integrados
A composição da cadeia da indústria de semicondutores (principalmente circuitos integrados, incluindo dispositivos discretos) é mostrada na figura acima:
- Fabless: Empresa que projeta produtos sem linha de produção.
- IDM: Fabricante de Dispositivo Integrado, fabricante de dispositivo integrado;
- IP: Fabricante do módulo de circuito;
- EDA: Electronic Design Automatic, automação de design eletrônico, a empresa fornece principalmente ferramentas de design;
- Fundição; Fundição de wafer, prestando serviços de fabricação de chips;
- Empresas de fundição de embalagens e testes: atendendo principalmente Fabless e IDM;
- Empresas de materiais e equipamentos especiais: fornecem principalmente os materiais e equipamentos necessários para empresas fabricantes de chips.
Os principais produtos produzidos com tecnologia de semicondutores são circuitos integrados e dispositivos semicondutores discretos.
Os principais produtos de circuitos integrados incluem:
- Peças Padrão Específicas de Aplicação (ASSP);
- Unidade Microprocessadora (MPU);
- Memória
- Circuito Integrado Específico de Aplicação (ASIC);
- Circuito Analógico;
- Circuito lógico geral (Circuito Lógico).
Os principais produtos de dispositivos discretos semicondutores incluem:
- Diodo;
- Transistor;
- Dispositivo de Energia;
- Dispositivo de Alta Tensão;
- Aparelho Microondas;
- Optoeletrônica;
- Dispositivo sensor (Sensor).
2. Processo de Fabricação de Circuitos Integrados
2.1 Fabricação de Chips
Dezenas ou mesmo dezenas de milhares de chips específicos podem ser fabricados simultaneamente em um wafer de silício. O número de chips em um wafer de silício depende do tipo de produto e do tamanho de cada chip.
Os wafers de silício são geralmente chamados de substratos. O diâmetro das pastilhas de silício tem aumentado ao longo dos anos, de menos de 1 polegada no início para as 12 polegadas (cerca de 300 mm) comumente usadas agora, e está passando por uma transição para 14 polegadas ou 15 polegadas.
A fabricação do chip é geralmente dividida em cinco estágios: preparação do wafer de silício, fabricação do wafer de silício, teste/escolha do chip, montagem e embalagem e teste final.
(1)Preparação de wafer de silício:
Para fazer a matéria-prima, o silício é extraído da areia e purificado. Um processo especial produz lingotes de silício com diâmetro apropriado. Os lingotes são então cortados em finas pastilhas de silício para a fabricação de microchips.
Os wafers são preparados de acordo com especificações específicas, como requisitos de borda de registro e níveis de contaminação.
(2)Fabricação de wafer de silício:
Também conhecido como fabricação de chips, o wafer de silício puro chega à fábrica de wafer de silício e depois passa por várias etapas de limpeza, formação de filme, fotolitografia, gravação e dopagem. O wafer de silício processado possui um conjunto completo de circuitos integrados gravados permanentemente no wafer de silício.
(3)Teste e seleção de wafers de silício:
Após a conclusão da fabricação dos wafers de silício, os wafers de silício são enviados para a área de teste/classificação, onde os chips individuais são sondados e testados eletricamente. Os chips aceitáveis e inaceitáveis são então separados e os chips defeituosos são marcados.
(4)Montagem e embalagem:
Após o teste/classificação dos wafers, os wafers entram na etapa de montagem e embalagem para embalar os chips individuais em um pacote de tubo protetor. A parte traseira do wafer é retificada para reduzir a espessura do substrato.
Um filme plástico grosso é preso na parte de trás de cada wafer e, em seguida, uma lâmina de serra com ponta de diamante é usada para separar os chips de cada wafer ao longo das linhas marcadas na parte frontal.
O filme plástico na parte traseira do wafer de silício evita que o chip de silício caia. Na fábrica de montagem, os cavacos bons são prensados ou evacuados para formar um pacote de montagem. Posteriormente, o chip é selado em um invólucro de plástico ou cerâmica.
(5)Teste final:
Para garantir a funcionalidade do chip, cada circuito integrado embalado é testado para atender aos requisitos de parâmetros de características elétricas e ambientais do fabricante. Após o teste final, o chip é enviado ao cliente para montagem em local dedicado.
2.2 Divisão de Processos
Os processos de fabricação de circuitos integrados são geralmente divididos em:
Front-end: O processo front-end geralmente se refere ao processo de fabricação de dispositivos como transistores, incluindo principalmente os processos de formação de isolamento, estrutura de porta, fonte e dreno, orifícios de contato, etc.
Back-end: O processo back-end refere-se principalmente à formação de linhas de interconexão que podem transmitir sinais elétricos para vários dispositivos no chip, incluindo principalmente processos como deposição dielétrica entre linhas de interconexão, formação de linhas metálicas e formação de almofadas de chumbo.
Estágio intermediário: Para melhorar o desempenho dos transistores, os nós de tecnologia avançada após 45nm/28nm usam dielétricos de porta de alto k e processos de porta de metal e adicionam processos de porta de substituição e processos de interconexão local após a fonte do transistor e a estrutura de drenagem serem preparadas. Esses processos estão entre o processo front-end e o processo back-end e não são utilizados em processos tradicionais, por isso são chamados de processos de estágio intermediário.
Normalmente, o processo de preparação do furo de contato é a linha divisória entre o processo front-end e o processo back-end.
Orifício de contato: um orifício gravado verticalmente no wafer de silício para conectar a linha de interconexão metálica da primeira camada e o dispositivo de substrato. Ele é preenchido com metal, como tungstênio, e é usado para conduzir o eletrodo do dispositivo à camada de interconexão metálica.
Através do furo: É o caminho de conexão entre duas camadas adjacentes de linhas de interconexão metálicas, localizadas na camada dielétrica entre as duas camadas metálicas, e geralmente é preenchido com metais como o cobre.
Em um sentido amplo:
Processo de front-end: Em sentido amplo, a fabricação de circuitos integrados também deve incluir testes, embalagens e outras etapas. Em comparação com testes e embalagens, a fabricação de componentes e interconexões é a primeira parte da fabricação de circuitos integrados, denominadas coletivamente como processos front-end;
Processo de back-end: Teste e empacotamento são chamados de processos de back-end.
3. Apêndice
SMIF:Interface Mecânica Padrão
AMHS:Sistema automatizado de entrega de materiais
OHT:Transferência de talha suspensa
FOUP: Pod unificado de abertura frontal, exclusivo para wafers de 12 polegadas (300 mm)
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Horário da postagem: 15 de agosto de 2024