Планшеттер үчүн RAM чиптерин жасоо процесси
RAM (туш келди кирүү эс тутуму) планшеттин эң маанилүү компоненттеринин бири болуп саналат. RAM болбосо, планшет тиркемелерди жылмакай иштете албайт, тапшырмалардын ортосунда тез которула албайт же бир эле учурда бир нече процесстер иштеп жатканда жооп кайтарууну сактай албайт. Кичинекей өлчөмүнө жана түзмөктүн ичинде тыгыз жайгашканына карабастан, RAM чиптери жүздөгөн кадамдарды камтыган өтө татаал, жогорку тактыктагы өндүрүш процессинин натыйжасы болуп саналат. Бул макалада планшеттерде кеңири колдонулган RAM чиптерин өндүрүү процессиндеги негизги кадамдар каралат - адатта LPDDR (төмөн кубаттуулуктагы кош маалымат ылдамдыгы) түрү, анткени алар энергияны үнөмдөө үчүн иштелип чыккан.
1. Архитектуралык долбоорлоо жана техникалык мүнөздөмөлөр
Бул процесс физикалык чип орнотула электе эле башталат. Жарым өткөргүч компаниялардын долбоорлоо топтору планшет рыногунун муктаждыктарын аныкташат: кубаттуулугу (мисалы, 4 ГБ, 8 ГБ, 12 ГБ), өткөрүү жөндөмдүүлүгү, кубат керектөөсү жана чиптеги система (SoC) менен шайкештиги. Заманбап планшеттер үчүн оперативдик эс тутум (RAM) иштөөнү жана батареянын натыйжалуулугун тең салмакташы керек. Ошондуктан, көп учурда LPDDR4X же LPDDR5/LPDDR5X сыяктуу стандарттар колдонулат.
Долбоорлоо этабында инженерлер эс тутум клеткаларынын, эс тутум банктарынын, маалымат жолдорунун (маалымат шиналарынын) жана сенсордук күчөткүчтөр, сап/тилке декоддоочулары жана жаңыртуу механизмдери сыяктуу колдоочу схемалардын архитектурасын иштеп чыгышат. DRAM SRAMдан айырмаланат: DRAM мезгил-мезгили менен жаңыртылып турушу керек болгон кичинекей конденсаторлорду колдонуп биттерди сактайт, ал эми SRAM тезирээк, бирок алда канча кымбат жана орунду көп талап кылат.
2. Макеттин дизайны жана текшерүүсү
Архитектура аныкталгандан кийин, дизайн физикалык макетке айланат: транзисторлордун, конденсаторлордун, металл туташтыргычтардын жана кремний пластинасында түзүлө турган катмарлардын жайгашкан жерлеринин деталдуу картасы. Бул этапта дизайндын өндүрүлө тургандыгын жана максатка ылайык аткарылышын камсыз кылуу үчүн EDA (Электрондук Дизайн Автоматташтыруу) программасы жана катуу текшерүү процесси талап кылынат.
Текшерүүгө убакытты симуляциялоо, энергияны керектөө, процесстин вариациясына туруктуулук жана пластинанын бүтүндөй партиясынын иштен чыгышына алып келиши мүмкүн болгон өлүмгө алып келүүчү каталарды болтурбоо үчүн логикалык тестирлөө кирет.
3. Кремний пластиналарын (субстраттарын) өндүрүү
Оперативдик эс тутум чиптери өтө таза кремний пластиналарында жасалат. Кремний Чохральскиге окшош ыкма менен өстүрүлгөн кристалл куймаларынан иштетилет. Андан кийин куймалар жука пластиналарга кесилип, кемчиликсиз тегиздикке чейин жылмаланып, химиялык жол менен тазаланат.
Пластинанын сапаты анын түшүмдүүлүгүн (ийгиликтүү чиптердин пайызын) аныктайт. Жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүдө микроскопиялык чаң бөлүкчөлөрү да бир калыпта (бир чипте) же пластинанын чоңураак аянтында кемчиликтерди жаратышы мүмкүн.
4. Фронт-энд процесси: транзисторлорду жана эс тутум клеткаларын түзүү
Кийинки этап - пластинага электрондук компоненттерди бир катар итеративдик процесстер аркылуу куруу. Бул жарым өткөргүч "фантастикасынын" маңызы.
а. Кычкылдануу жана жука катмарлуу чөкмө
Пластинанын үстүн кремний диоксиди, кремний нитриди же башка диэлектрик сыяктуу жука катмар каптаган. Бул катмар изолятор, калкан же транзистор/конденсатор структурасынын бир бөлүгү катары кызмат кыла алат.
б. Фотолитография (фотолитография)
Фотолитография – бул схеманын үлгүсүн "чийүү" процесси. Пластинанын бети фоторезист (жарыкка сезгич материал) менен капталып, андан кийин литографиялык аппараттын жардамы менен маска аркылуу жарыктандырылат. Айрым жерлер (резисттин түрүнө жараша) катууланат же эрийт, бул үлгүнү түзөт. Бул процесс ар бир катмар үчүн бир нече жолу кайталанат.
Заманбап өндүрүш түйүндөрүндө литография өтө кичинекей өзгөчөлүктөрдү алуу үчүн терең ультрафиолет (DUV) же өтө ультрафиолет (EUV) нурларын колдоно алат. Өзгөчөлүктөрү канчалык кичине болсо, ошончолук көп эс тутум клеткаларын толтурууга, кубаттуулукту жогорулатууга жана энергияны керектөөнү азайтууга болот - бирок процесстин татаалдыгы жогорулайт.
в. Гравюра
Оймо-чийме түзүлгөндөн кийин, керектүү структураны түзүү үчүн белгилүү бир жерлердеги материал кургак оюу (плазма) же нымдуу оюу (химиялык) аркылуу алынып салынат.
г. Допинг жана иондук имплантация
Транзистордун иштеши үчүн кремний аймактары "легирлениши" керек — бор же фосфор сыяктуу кошулмалар p-типтеги жана n-типтеги аймактарды түзүү үчүн кошулат. Бул иондук имплантация аркылуу ишке ашырылат, андан кийин кристаллды тазалоо жана легирленген заттарды активдештирүү үчүн күйгүзүү (ысытуу) процесси жүргүзүлөт.
e. DRAM конденсаторлорунун түзүлүшү
DRAMдын ачкычы - зарядды сактоочу конденсатор. Конденсаторлор окула турган зарядды ишенимдүү сактоо үчүн жетиштүү чоң болушу керек болгондуктан, бирок чиптин аянты чектелүү болгондуктан, конденсаторлордун конструкциялары технологияга жараша үч өлчөмдүү (3D) конструкцияларда, мисалы, траншея же кабатталган конденсаторлордо жасалат. Жогорку k диэлектрикалык материалдар көбүнчө физикалык өлчөмүн көбөйтпөстөн сыйымдуулукту жогорулатуу үчүн колдонулат.
DRAM клеткасы, адатта, бир транзистордон жана бир конденсатордон (1T1C) турат. Бул түзүлүштүн сапаты туруктуулукту, ылдамдыкты жана жаңыртуу талаптарын аныктайт.
5. Арткы бетиндеги процесс: металл катмарлары жана өз ара байланыштар
Транзисторлор жана эс тутум клеткалары түзүлгөндөн кийин, чип сигналдарды жана кубаттуулукту өткөрүү үчүн "магистральга" муктаж. Бул линиянын арткы учу (BEOL) процесси аркылуу жасалат: металл өз ара байланыштарынын көптөгөн катмарларын тизүү.
Металл материалы, адатта, жездин башка катмарларга зыян келтирбеши үчүн диффузиялык тосмосу бар жезден турат. Паразиттик сыйымдуулукту жана сигналдын агып кетишин азайтуу үчүн металлдардын ортосуна изоляциялык катмар (диэлектрик) орнотулат. Заманбап чиптерде металл катмарларынын саны абдан көп болушу мүмкүн, алардын ар бири миллиондогондон миллиарддаган элементтерди туташтыруу үчүн уникалдуу үлгүгө ээ.
6. Ар бир этапта текшерүү, метрология жана сапатты көзөмөлдөө
Процесстин жүрүшүндө пластиналар метрологиялык куралдарды колдонуу менен тынымсыз текшерилет: электрондук микроскоптор, пленканын калыңдыгын өлчөө, кемчиликтерди текшерүү жана катмарларды талдоо (катмарлардын ортосундагы үлгүлөрдүн тизилишинин тактыгы). Бир пластина жүздөгөндөн миңдегенге чейинки шрифттерди камтыгандыктан, кичинекей каталар чыгымдарга олуттуу таасирин тийгизиши мүмкүн.
Жарым өткөргүч заводдору таза бөлмөлөрдү катуу стандарттар менен кармашат, анткени микроскопиялык бөлүкчөлөр өндүрүштү үзгүлтүккө учуратышы мүмкүн. Операторлор атайын кийим кийишет жана булганууну азайтуу үчүн аба агымы жөнгө салынат.
7. Вафли сорттоо: вафли деңгээлинде алгачкы сыноо
Бардык катмарлар бүткөндөн кийин, пластина али кесиле элек. Кийинки кадам пластинаны зонддоо же пластинаны сорттоо деп аталат. Зонд ийнелери ар бир матрицадагы сыноо аянтчаларына тийип, негизги функцияларды текшерет: эс тутум клеткаларына жазууга жана окууга болобу, кандайдыр бир бузук жерлер барбы жана агып кетүү жана кубаттуулукту керектөө сыяктуу электрдик мүнөздөмөлөр.
Натыйжалар жакшы жана кемчиликтүү калыптарды аныктоо үчүн картага түшүрүлөт (пластина картасы). Бул учурда, компания ошондой эле өндүрүмдүүлүктү баалайт жана белгилүү бир кемчиликтер аныкталган учурда процессти тууралайт.
8. Кубиктерге кесүү: пластинаны калыптарга кесүү
Текшерилген пластиналар алмаз араа же лазер менен майда сыныктарга (штамптарга) кесилет. Кемчиликтүү штамптар, адатта, ыргытылат. Андан кийин сыноодон өткөндөрү таңгактоо этабына өтөт.
9. Таңгактоо: калыпты колдонууга даяр чипке айландыруу
Таңгактоо жөн гана "ороп коюудан" да көптү билдирет; ал чиптин схемалык тактага туташтырылышын, корголушун жана жылуулукту таратып жиберүүсүн камсыздайт.
Планшеттин оперативдик эс тутуму үчүн эң кеңири таралган таңгактоо BGA (Ball Grid Array) же FBGA сыяктуу компакттуураак вариант болуп саналат, көбүнчө LPDDR үчүн ылайыктуу конфигурацияга ээ. Бул этапта, матрица негизге туташтырылып, зым байланыштыруу же флипчип аркылуу туташтырылат, андан кийин аны энелик платага туташтыруу үчүн ширетүүчү шарлар кошулат.
Планшеттер өтө жука болгондуктан, чип пакетинин өлчөмү жана бийиктиги абдан маанилүү. Өндүрүүчүлөр оперативдик эс тутум жогорку ылдамдыкта иштей тургандыгын жана тоскоолдуктарга сезгичтигин эске алуу менен, компакттуу, бирок жогорку сигнал бүтүндүгүн сактаган пакеттерди тандашат.
10. Планшетке акыркы сыноо, таштандыларды чогултуу жана интеграциялоо
Таңгакталган чиптер акыркы сыноодо кайра сыналат. Сыноого максималдуу ылдамдык, кубат керектөө, ар кандай температурадагы туруктуулук жана ишенимдүүлүк кирет. Андан кийин, бөлүп көрсөтүү жүргүзүлөт: чиптер иштөөсүнө жараша топтоштурулат. Жогорку жыштыктарда туруктуу иштей алган чиптер премиум класска, ал эми стандарттуу мүнөздөмөлөрдө гана туруктуу болгондор башка класска жайгаштырылат.
Сыноодон өткөндөн кийин, чип түзмөктү чогултуу заводуна жөнөтүлөт. Интеграциялоо этабында RAM планшеттин схемалык тактасына ширетилип, SoC менен бирге текшерилет, андан кийин стресс-тестирлөө, төмөндөө-тестирлөө жана температураны текшерүү сыяктуу түзмөк деңгээлиндеги сапатты камсыздоо сыноолорунан өтөт.
Penutup
Планшеттер үчүн оперативдик эс тутум чиптерин өндүрүү процесси кылдат дизайндын, нанометрдик тактыктагы өндүрүш ыкмаларынын жана ар бир кадамда катуу сапатты көзөмөлдөөнүн айкалышы болуп саналат. Таза кремний кристаллдарынан баштап, энергияны үнөмдөөчү LPDDR оперативдик эс тутум пакеттерине чейин, баары бир катар кайталануучу процесстер аркылуу түзүлөт — литография, чөктүрүү, оюу, легирлөө, конденсаторду түзүү, металлды бириктирүү, пластинаны сыноо, кесүү жана таңгактоо жана акыркы сыноо. Планшет колдонуучулары үчүн оперативдик эс тутум жөн гана кубаттуулуктун саны сыяктуу сезилиши мүмкүн, бирок анын артында түзмөктөрдү тезирээк, натыйжалуураак жана ишенимдүүрөөк кылган тынымсыз өнүгүп келе жаткан өндүрүш технологиясы жатат.
Кааласаңыз, мен LPDDR4X жана LPDDR5 ортосундагы айырмачылыктар боюнча атайын бөлүм кошо алам же DRAM клеткасынын түзүлүшү жана EUV литография процесси жөнүндө кененирээк маалымат бере алам.
