ʻO ke kaʻina hana o ka hana ʻana i nā ʻāpana RAM no nā papa
ʻO RAM (Random Access Memory) kekahi o nā ʻāpana koʻikoʻi loa i loko o kahi papa. Me ka ʻole o RAM, ʻaʻole hiki i kahi papa ke holo mālie i nā noi, hoʻololi koke ma waena o nā hana, a mālama paha i ka pane ʻana i ka wā e holo like ana nā kaʻina hana he nui. ʻOiai ko lākou liʻiliʻi a paʻa pono i loko o ka hāmeʻa, ʻo nā ʻāpana RAM ka hopena o kahi kaʻina hana hana paʻakikī loa a pololei hoʻi e pili ana i nā haneli o nā ʻanuʻu. Uhi kēia ʻatikala i nā ʻanuʻu nui i ke kaʻina hana hana o nā ʻāpana RAM i hoʻohana pinepine ʻia i nā papa—ʻo ka maʻamau ke ʻano LPDDR (Low Power Double Data Rate), no ka mea, ua hoʻolālā ʻia lākou e hoʻohana pono i ka ikehu.
1. Hoʻolālā hale a me nā kikoʻī
Hoʻomaka ke kaʻina hana ma mua loa o ka hoʻokumu ʻia ʻana o kahi chip kino. Hoʻoholo nā hui hoʻolālā ma nā ʻoihana semiconductor i nā pono o ka mākeke papa: ka hiki (e.g., 4GB, 8GB, 12GB), bandwidth, hoʻohana mana, a me ka hoʻohālikelike me ka ʻōnaehana-ma-chip (SoC). No nā papa hou, pono ka RAM e kaulike i ka hana a me ka pono o ka pākaukau. No laila, hoʻohana pinepine ʻia nā kūlana e like me LPDDR4X a i ʻole LPDDR5/LPDDR5X.
I ke kahua hoʻolālā, hoʻomohala pū nā ʻenekinia i ke ʻano o nā cell hoʻomanaʻo, nā waihona hoʻomanaʻo, nā ala ʻikepili (nā kaʻa ʻikepili), a me nā kaapuni kākoʻo e like me nā mea hoʻonui manaʻo, nā decoders lālani/kolamu, a me nā mīkini hoʻomaha. ʻOkoʻa ka DRAM mai SRAM: mālama ʻo DRAM i nā bits me ka hoʻohana ʻana i nā capacitors liʻiliʻi e pono e hoʻomaha hou ʻia i kēlā me kēia manawa, ʻoiai ʻoi aku ka wikiwiki o SRAM akā ʻoi aku ke kumukūʻai a me ka nui o ka wahi.
2. Hoʻolālā hoʻonohonoho a me ka hōʻoia
Ke wehewehe ʻia ke ʻano hoʻolālā, hoʻololi ʻia ka hoʻolālā i kahi hoʻonohonoho kino: kahi palapala kikoʻī o nā kūlana o nā transistors, capacitors, metal interconnects, a me nā papa e hana ʻia ma ka wafer silicon. Pono kēia pae i ka polokalamu EDA (Electronic Design Automation) a me kahi kaʻina hōʻoia koʻikoʻi e hōʻoia i ka hiki ke hana ʻia ka hoʻolālā a hana e like me ka mea i manaʻo ʻia.
ʻO ka hōʻoia ʻana e pili ana i nā hoʻohālikelike manawa, ka hoʻohana ʻana i ka mana, ka paʻa i ka loli o ke kaʻina hana, a me ka hoʻāʻo logic e pale aku i nā hewa make e hiki ai ke hoʻopau i ka hui wafer holoʻokoʻa.
3. Hana ʻana i nā wafers silicon (substrates)
Hana ʻia nā ʻāpana RAM ma luna o nā wafer silicon maʻemaʻe loa. Hana ʻia ka silicon mai nā ingots kristal i ulu ʻia me ka hoʻohana ʻana i kahi ʻano hana e like me Czochralski. A laila ʻoki ʻia nā ingots i mau wafers lahilahi, hoʻowali ʻia i kahi ʻili pālahalaha maikaʻi loa, a hoʻomaʻemaʻe ʻia me ka kemika.
ʻO ka maikaʻi o ka wafer e hoʻoholo i ka hua (ka pakeneka o nā ʻāpana kūleʻa). I ka hana semiconductor, hiki i nā ʻāpana lepo microscopic ke hana i nā hemahema ma kahi make hoʻokahi (kahi ʻāpana hoʻokahi) a i ʻole kahi ʻāpana nui o ka wafer.
4. Ke kaʻina hana mua: ka hoʻokumu ʻana o nā transistors a me nā cell hoʻomanaʻo
ʻO ke kahua aʻe, ʻo ia ke kūkulu ʻana i nā ʻāpana uila ma luna o ka wafer ma o kekahi mau kaʻina hana iterative. ʻO kēia ke ʻano o kahi "fab" semiconductor.
a. ʻOkika a me ka waiho ʻana o ka papa lahilahi
Ua uhi ʻia ka wafer me kahi papa lahilahi o nā mea e like me ka silicon dioxide, silicon nitride, a i ʻole kekahi dielectric ʻē aʻe. Hiki i kēia papa ke hana ma ke ʻano he insulator, he pale, a i ʻole he ʻāpana o kahi ʻano transistor/capacitor.
b. Kiʻi kiʻi (kiʻi kiʻi)
ʻO ka Photolithography ke kaʻina hana o ke "kaha kiʻi" ʻana i kahi ʻano kaapuni. Uhi ʻia ka wafer me kahi photoresist (kahi mea ʻike mālamalama) a laila hoʻomālamalama ʻia ma o kahi pale maka me ka hoʻohana ʻana i kahi mīkini lithography. Paʻakikī a hoʻoheheʻe paha kekahi mau wahi (ma muli o ke ʻano kū'ē), e hana ana i ke ʻano. Hana hou ʻia kēia kaʻina hana i nā manawa he nui no kēlā me kēia papa.
I nā kikowaena hana hou, hiki i ka lithography ke hoʻohana i ka Deep Ultraviolet (DUV) a i ʻole Extreme Ultraviolet (EUV) e hana i nā hiʻohiʻona liʻiliʻi loa. ʻO ka liʻiliʻi o nā hiʻohiʻona, ʻoi aku ka nui o nā cell hoʻomanaʻo e hiki ke hoʻopaʻa ʻia, hoʻonui ʻia ka mana, a hiki ke hoʻemi ʻia ka hoʻohana ʻana i ka mana—ʻoiai ke piʻi nei ka paʻakikī o ke kaʻina hana.
c. Ke kālai ʻana
Ke hoʻokumu ʻia ke ʻano, wehe ʻia nā mea ma kekahi mau wahi ma o ke kālai maloʻo (plasma) a i ʻole ke kālai pulu (kemika) e hana i ke ʻano e pono ai.
d. Doping a me ke kau ʻana o ka ion
I mea e hana ai kahi transistor, pono e "doped" ʻia nā ʻāpana silicon - nā mea haumia e like me ka boron a i ʻole ka phosphorus i hoʻohui ʻia e hana i nā ʻāpana ʻano-p a me nā ʻāpana ʻano-n. Hoʻokō ʻia kēia ma o ka hoʻokomo ʻana o ka ion a ukali ʻia e kahi kaʻina hana annealing (hoʻomehana) e hoʻomaʻemaʻe i ke kristal a hoʻāla i nā dopants.
e. Hoʻokumu ʻia ʻana o nā capacitors DRAM
ʻO ke kī i ka DRAM ʻo ia ka capacitor mālama ukana. No ka mea, pono nā capacitors e lawa ka nui e mālama pono ai i kahi uku hiki ke heluhelu ʻia, akā ua kaupalena ʻia ka wahi chip, hana ʻia nā hoʻolālā capacitor i nā hoʻolālā ʻekolu-dimensional (3D), e like me nā trench a i ʻole nā capacitors stacked, ma muli o ka ʻenehana. Hoʻohana pinepine ʻia nā mea dielectric kiʻekiʻe-k e hoʻonui i ka capacitance me ka ʻole o ka hoʻonui ʻana i ka nui kino.
ʻO ka maʻamau, hoʻokahi transistor a me hoʻokahi capacitor (1T1C) kahi cell DRAM. ʻO ke ʻano o kēia ʻano e hoʻoholo ai i ke kūpaʻa, ka wikiwiki, a me nā koi hoʻomaha.
5. Ke kaʻina hana hope: nā papa metala a me nā pilina
Ke hoʻokumu ʻia nā transistors a me nā cell hoʻomanaʻo, pono ka chip i kahi "alanui" e lawe i nā hōʻailona a me ka mana. Hana ʻia kēia ma o ke kaʻina hana back-end-of-line (BEOL): ka hoʻopili ʻana o nā papa he nui o nā interconnects metala.
ʻO ka mea hao maʻamau he keleawe me kahi pale hoʻolaha e pale ai i ke keleawe mai ka hōʻino ʻana i nā papa ʻē aʻe. Hoʻokomo ʻia kahi papa insulating (dielectric) ma waena o nā metala e hōʻemi i ka capacitance parasitic a me ka leakage signal. I loko o nā ʻāpana hou, hiki ke nui loa ka helu o nā papa metala, kēlā me kēia me kahi ʻano kū hoʻokahi e hoʻopili ai i nā miliona a i nā piliona o nā mea.
6. Nānā, metrology a me ka kaohi maikaʻi ma kēlā me kēia pae
Ma ke kaʻina hana holoʻokoʻa, nānā mau ʻia nā wafers me ka hoʻohana ʻana i nā mea hana metrology: nā microscopes electron, nā ana mānoanoa o ke kiʻiʻoniʻoni, ka hoʻāʻo ʻana i nā hemahema, a me ka nānā ʻana i ka overlay (ka pololei o ke ʻano e hoʻopaʻa ana ma waena o nā papa). No ka mea, aia i loko o kahi wafer hoʻokahi he mau haneli a i ʻole mau tausani o nā make, hiki i nā hewa liʻiliʻi ke loaʻa ka hopena nui i nā kumukūʻai.
Mālama nā hale hana semiconductor i nā lumi maʻemaʻe me nā kūlana paʻa, no ka mea, hiki i nā ʻāpana microscopic ke hoʻopilikia i ka hana ʻana. ʻAi nā mea hana i nā lole kūikawā, a hoʻoponopono ʻia ke kahe ʻana o ka ea e hōʻemi i ka haumia.
7. ʻAno wafer: hoʻāʻo mua ma ka pae wafer
Ma hope o ka pau ʻana o nā papa āpau, ʻaʻole i ʻoki ʻia ka wafer. ʻO ka hana aʻe ua kapa ʻia ʻo wafer probing a i ʻole wafer sorting. Hoʻopā nā nila probe i nā pads hoʻāʻo ma kēlā me kēia die e nānā i nā hana kumu: inā hiki ke kākau ʻia a heluhelu ʻia nā cell hoʻomanaʻo, inā he mau wahi hewa, a me nā ʻano uila e like me ka leakage a me ka hoʻohana ʻana i ka mana.
Hoʻohālikelike ʻia nā hopena (palapala wafer) e ʻike i nā make maikaʻi a hemahema. I kēia manawa, loiloi pū ka ʻoihana i ka hua a hoʻoponopono i ke kaʻina hana inā ʻike ʻia kekahi mau ʻano kīnā.
8. ʻoki ʻana: ʻoki ʻana i ka wafer i loko o nā make
ʻOki ʻia nā wafers i hoʻāʻo ʻia i loko o nā ʻāpana liʻiliʻi (die) me ka hoʻohana ʻana i ka ʻoki daimana a i ʻole ka laser. Hoʻolei pinepine ʻia nā make hemahema. ʻO ka poʻe i hala i ka hoʻāʻo a laila e neʻe i ke kahua hoʻopili.
9. Hoʻopili ʻana: hoʻololi i ka make i loko o kahi ʻāpana mākaukau e hoʻohana
ʻOi aku ka ʻōpala ma mua o ka "ʻōwili wale ʻana"; hōʻoiaʻiʻo ia e hiki ke hoʻopili ʻia ka chip i ka papa kaapuni, pale ʻia, a hiki ke hoʻokuʻu i ka wela.
No ka papa RAM, ʻo ka ʻōpala maʻamau ʻo BGA (Ball Grid Array) a i ʻole kahi ʻano liʻiliʻi e like me FBGA, pinepine me kahi hoʻonohonoho kūpono no LPDDR. I kēia pae, ua hoʻopaʻa ʻia ka make i ka substrate, hoʻopili ʻia me ka hoʻohana ʻana i ka hoʻopaʻa uea a i ʻole flip-chip, a laila hoʻohui ʻia nā pōpō solder e hoʻopili iā ia i ka motherboard.
Ma muli o ka lahilahi o nā papa, he mea koʻikoʻi ka nui a me ke kiʻekiʻe o ka pūʻolo chip. Koho nā mea hana i nā pūʻolo i liʻiliʻi akā mālama i ka pono o ka hōʻailona kiʻekiʻe, e noʻonoʻo ana e hana ana ka RAM i nā wikiwiki kiʻekiʻe a he maʻalahi hoʻi i nā mea hoʻopilikia.
10. Hoʻāʻo hope loa, binning, a me ka hoʻohui ʻana i ka papa
Hoʻāʻo hou ʻia nā ʻāpana i hoʻopili ʻia i kahi hoʻāʻo hope loa. Hoʻokomo pū ka hoʻāʻo ʻana i ka wikiwiki kiʻekiʻe loa, ka hoʻohana ʻana i ka mana, ke kūpaʻa ma nā mahana like ʻole, a me ka hilinaʻi. Mai laila mai, hana ʻia ka binning: hoʻohui ʻia nā ʻāpana ma muli o ka hana. Hoʻokomo ʻia nā ʻāpana i hiki ke holo paʻa ma nā alapine kiʻekiʻe i ka papa premium, ʻoiai ʻo nā mea paʻa wale nō ma nā kikoʻī maʻamau i hoʻokomo ʻia i kahi papa ʻē aʻe.
Ma hope o ka hala ʻana i ka hoʻāʻo, hoʻouna ʻia ka chip i ka hale hana hōʻuluʻulu hāmeʻa. I ka wā o ka hoʻohui ʻana, hoʻopaʻa ʻia ka RAM i ka papa kaapuni o ka papa, hoʻāʻo ʻia ma ka ʻaoʻao o ka SoC, a laila e hana ʻia nā hoʻāʻo hōʻoia maikaʻi o ka pae hāmeʻa e like me ka hoʻāʻo koʻikoʻi, ka hoʻāʻo hāʻule, a me ka hoʻāʻo mahana.
Pani
ʻO ke kaʻina hana o ka hana ʻana i nā ʻāpana RAM no nā papa he hui pū ʻana o ka hoʻolālā akahele, nā ʻano hana hana pololei nanometer, a me ka kaohi maikaʻi koʻikoʻi i kēlā me kēia ʻanuʻu. Mai nā kristal silicon maʻemaʻe a hiki i nā pūʻolo LPDDR RAM e hoʻohana pono ana i ka mana, hana ʻia nā mea āpau ma o kahi moʻo o nā kaʻina hana iterative—lithography, deposition, etching, doping, capacitor formation, metal interconnection, wafer testing, cutting, and packaging and final testing. ʻOiai ʻo RAM e like me ka helu hiki wale nō i nā mea hoʻohana papa, ma hope ona aia kahi ʻenehana hana e loli mau ana e hana wikiwiki ai nā polokalamu, ʻoi aku ka maikaʻi, a ʻoi aku ka hilinaʻi.
Inā makemake ʻoe, hiki iaʻu ke hoʻohui i kahi ʻāpana i hoʻolaʻa ʻia ma nā ʻokoʻa ma waena o LPDDR4X a me LPDDR5, a i ʻole e hele i nā kikoʻī loea hou aʻe e pili ana i ka hoʻonohonoho ʻana o ke kelepona DRAM a me ke kaʻina hana lithography EUV.
