Produkcja półprzewodników

Produkcja półprzewodników^[1] – proces wykorzystywany do wytwarzania przyrządów półprzewodnikowych, zazwyczaj układów scalonych, takich jak mikroprocesory, mikrokontrolery i pamięci (takie jak pamięć RAM i pamięć flash). Jest to wieloetapowy proces fotolitograficzny i fizykochemiczny (obejmujący takie etapy, jak utlenianie termiczne, osadzanie cienkich warstw, implantacja jonów, trawienie), podczas którego na płytce, prawie zawsze krzemowej, zwykle wykonanej z czystego monokrystalicznego materiału półprzewodnikowego, stopniowo tworzą się układy elektroniczne.

Proces produkcyjny odbywa się w wysoce wyspecjalizowanych fabrykach półprzewodników, zwanych także foundry lub fab^[2], przy czym centralną część stanowi clean room. W bardziej zaawansowanych procesach produkcji, takich jak nowoczesne 14/10/7 nm produkcja może trwać do 15 tygodni, przy czym średnia w branży wynosi 11–13 tygodni^[3]. Produkcja w zaawansowanych zakładach produkcyjnych jest całkowicie zautomatyzowana, a transport płytek krzemowych z maszyny do maszyny odbywa się za pomocą zautomatyzowanych systemów obsługi materiałów^[4].

Do firm produkujących maszyny wykorzystywane w procesie wytwarzania półprzewodników przemysłowych zaliczają się ASML, Applied Materials, Tokyo Electron i Lam Research.

Wymiar charakterystyczny^[5] (ang. feature size) jest definiowany jako najmniejsza szerokość linii jaką można uzyskać w procesie produkcji^[6][7].

Każda nowoczesna generacja procesów wytwarzania półprzewodników jest definiowana przez minimalny wymiar charakterystyczny podawany w nanometrach (historycznie w mikrometrach) dla długości bramki tranzystora np technologia produkcji 22 nm^[8].

Początkowo długość bramki tranzystora była mniejsza niż to by wynikało z technologii produkcji jednak ten trend się odwrócił w 2009^[9]. Wymiar charakterystyczny może nie mieć odzwierciedlenia do do wartości ogłaszanej w przekazach medialnych. Dla przykładu, technologia produkcji 10 nm Intela posiada tranzystory FinFET z kanałem o szerokości 7 nm, więc technologia 10 nm Intela jest podobna do technologii 7 nm TSMC^[10][11]. Jako inny przykład, technologie produkcji 14 nm i 12 nm od GlobalFoundries posiadają zbliżone wartości wymiaru charakterystycznego^[12].

Poniżej jest przedstawiona lista technik, które są używane w konstrukcji nowoczesnego urządzenia elektronicznego. Lista ta niekoniecznie oznacza konkretną kolejność, czy też ilość aplikacji danej techniki. Procesy te są wykonywane po zaprojektowaniu układu scalonego.

• Przetwarzanie wafli (zwane też jako front-end)^[13][14]:
  • Czyszczenie na mokro
    • Czyszczenie z rozpuszczalnikami jak aceton, trichloroeten czy woda ultra-czysta
    • Roztwór pirania
    • Czyszczenie RCA
    • Czyszczenie przez wirowanie^[15]
  • Pasywacja powierzchni
  • Fotolitografia
  • Maskowanie
  • Implantacja jonów
  • Trawienie (ang. etching)^[16]
  • Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)
    • Epitaksja z fazy gazowej z użyciem związków metaloorganicznych (MOCVD), używane w diodach LED
  • Osadzanie warstw atomowych (ALD)
  • Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD)
  • Epitaksja^[17][18]
  • Osadzanie wspomagane wiązką jonów (ang. ion beam deposition, IBD)^[19]
  • Usuwanie fotorezystu plazmą^[20]
  • Zabiegi termiczne
  • Galwanostegia (ang. electrochemical deposition, ECD)
  • Polerowanie chemiczno-mechaniczne (ang. chemical-mechanical polishing, CMP)
  • Testowanie wafla
• Przygotowanie chipu
  • Łączenie wafli
  • Cięcie
• Pakowanie układu scalonego
  • Wykonywane są połączenia struktury z wyprowadzeniami zewnętrznymi za pomocą drucików aluminiowych lub złotych
• Testowanie układu scalonego

• przemysł półprzewodnikowy
• fabryka półprzewodników
• litografia EUV