Процесот на правење RAM чипови за таблети
RAM меморијата (меморија за случаен пристап) е една од најважните компоненти во таблетот. Без RAM меморија, таблетот не може непречено да извршува апликации, брзо да се префрла помеѓу задачи или да одржува одзив кога повеќе процеси работат истовремено. И покрај нивната мала големина и цврсто затворени во уредот, RAM чиповите се резултат на многу сложен, високопрецизен процес на производство што вклучува стотици чекори. Оваа статија ги опфаќа главните чекори во процесот на производство на RAM чипови што најчесто се користат во таблетите - обично од типот LPDDR (со ниска потрошувачка на енергија, двојна брзина на податоци), бидејќи се дизајнирани да бидат енергетски ефикасни.
1. Архитектонски дизајн и спецификации
Процесот започнува долго пред да се постави физички чип. Дизајнерските тимови во полупроводничките компании ги одредуваат потребите на пазарот на таблети: капацитет (на пр., 4GB, 8GB, 12GB), пропусен опсег, потрошувачка на енергија и компатибилност со системот на чип (SoC). За модерните таблети, RAM меморијата мора да ги балансира перформансите и ефикасноста на батеријата. Затоа, често се користат стандарди како LPDDR4X или LPDDR5/LPDDR5X.
Во фазата на дизајнирање, инженерите исто така ја развиваат архитектурата на мемориските ќелии, мемориските банки, патеките на податоци (магистрали за податоци) и помошните кола како што се сензорски засилувачи, декодери за редови/колони и механизми за освежување. DRAM се разликува од SRAM: DRAM складира битови користејќи мали кондензатори кои мора периодично да се освежуваат, додека SRAM е побрз, но многу поскап и бара многу простор.
2. Дизајн на распоред и верификација
Откако ќе се дефинира архитектурата, дизајнот се претвора во физички распоред: детална мапа на позициите на транзисторите, кондензаторите, металните меѓусебни врски и слоевите што треба да се формираат на силиконската плочка. Оваа фаза бара EDA (електронска автоматизација на дизајнот) софтвер и ригорозен процес на верификација за да се осигури дека дизајнот е готов за производство и функционира како што е предвидено.
Верификацијата вклучува симулации на времето, потрошувачка на енергија, робусност на варијациите на процесот и логичко тестирање за да се избегнат фатални грешки што би можеле да предизвикаат неуспех на целата серија на плочки.
3. Производство на силиконски плочки (подлоги)
RAM чиповите се прават на ултрачисти силициумски плочки. Силициумот се преработува од кристални инготи одгледувани со техника слична на Чохралски. Потоа инготите се сечат на тенки плочки, се полираат до совршено рамна површина и се чистат хемиски.
Квалитетот на плочката го одредува приносот (процентот на успешни чипови). Во производството на полупроводници, дури и микроскопските честички прашина можат да предизвикаат дефекти на една чипка (еден чип) или дури и на поголема површина од плочката.
4. Front-end процес: формирање на транзистори и мемориски ќелии
Следната фаза е вградување на електронски компоненти на плочата преку серија итеративни процеси. Ова е суштината на полупроводнички „фабрикат“.
а. Оксидација и таложење на тенок слој
Облогата е обложена со тенок слој од материјал како што е силициум диоксид, силициум нитрид или друг диелектрик. Овој слој може да дејствува како изолатор, штит или како дел од структурата на транзистор/кондензатор.
б. Фотолитографија (фотолитографија)
Фотолитографијата е процес на „цртање“ шема на коло. Облогата е обложена со фоторезист (материјал чувствителен на светлина), а потоа е осветлена низ маска со помош на машина за литографија. Одредени области се стврднуваат или раствораат (во зависност од типот на отпорник), создавајќи ја шемата. Овој процес се повторува неколку пати за секој слој.
Во современите производствени јазли, литографијата може да користи длабок ултравиолетов (DUV) или екстремен ултравиолетов (EUV) за да произведе екстремно мали карактеристики. Колку се помали карактеристиките, толку повеќе мемориски ќелии можат да се спакуваат, капацитетот се зголемува и потрошувачката на енергија може да се намали - иако комплексноста на процесот се зголемува.
в. Бакрорез
Откако ќе се формира шаблонот, материјалот во одредени области се отстранува преку суво јорганизирање (плазма) или влажно јорганизирање (хемиско) за да се формира потребната структура.
г. Допинг и јонска имплантација
За да функционира транзисторот, силиконските региони мора да бидат „допирани“ - нечистотии како што се бор или фосфор додадени за да се формираат региони од p-тип и n-тип. Ова се постигнува со имплантација на јони проследено со процес на жарење (загревање) за да се рафинира кристалот и да се активираат допантите.
e. Формирање на DRAM кондензатори
Клучот за DRAM е кондензаторот за складирање на полнеж. Бидејќи кондензаторите треба да бидат доволно големи за сигурно да складираат читлив полнеж, но површината на чипот е ограничена, дизајните на кондензатори се изработуваат во тридимензионални (3D) дизајни, како што се кондензатори во ров или наредени кондензатори, во зависност од технологијата. Диелектричните материјали со висок k често се користат за зголемување на капацитетот без зголемување на физичката големина.
DRAM ќелијата обично се состои од еден транзистор и еден кондензатор (1T1C). Квалитетот на оваа структура ја одредува стабилноста, брзината и барањата за освежување.
5. Заден процес: метални слоеви и меѓусебни врски
Откако ќе се формираат транзисторите и мемориските ќелии, на чипот му е потребен „автопат“ за пренос на сигнали и енергија. Ова се прави преку процес на back-end-of-line (BEOL): редење на многу слоеви од метални меѓусебни врски.
Металниот материјал е обично бакар со дифузиона бариера за да се спречи бакарот да ги оштети другите слоеви. Изолациски слој (диелектрик) се вметнува помеѓу металите за да се намали паразитската капацитивност и истекувањето на сигналот. Во современите чипови, бројот на метални слоеви може да биде огромен, секој со уникатен модел за поврзување од милиони до милијарди елементи.
6. Инспекција, метрологија и контрола на квалитетот во секоја фаза
Во текот на целиот процес, плочките континуирано се проверуваат со помош на метролошки алатки: електронски микроскопи, мерења на дебелината на филмот, тестирање на недостатоци и анализа на преклопување (точноста на редењето на шаблонот помеѓу слоевите). Бидејќи една плочка содржи стотици до илјадници калапчиња, малите грешки можат да имаат значително влијание врз трошоците.
Фабриките за полупроводници одржуваат чисти простории со строги стандарди, бидејќи микроскопските честички можат да го нарушат производството. Операторите носат специјализирана облека, а протокот на воздух е регулиран за да се минимизира контаминацијата.
7. Сортирање на плочка: почетно тестирање на ниво на плочка
Откако ќе се завршат сите слоеви, плочката сè уште не е исечена. Следниот чекор се нарекува сондирање на плочката или сортирање на плочката. Иглите на сондата ги допираат тест плочките на секоја чипка за да ги проверат основните функции: дали во мемориските ќелии може да се запишува и чита, дали има неисправни области и електрични карактеристики како што се протекување и потрошувачка на енергија.
Резултатите се мапираат (мапа на плочки) за да се идентификуваат добри и неисправни калапи. Во овој момент, компанијата исто така го проценува приносот и го прилагодува процесот доколку се детектираат одредени модели на дефекти.
8. Сечење на коцки: сечење на плочката во калапи
Тестираните плочки се сечат на мали парчиња (калапи) со дијамантска пила или ласер. Неисправните калапи обично се фрлаат. Оние што ќе го поминат тестот потоа продолжуваат кон фазата на пакување.
9. Пакување: претворање на чипот во чип подготвен за употреба
Пакувањето е повеќе од само „завиткување“; тоа гарантира дека чипот може да се поврзе со печатената плоча, да биде заштитен и способен да ја дисипира топлината.
За RAM меморијата на таблетот, најчестото пакување е BGA (Ball Grid Array) или покомпактна варијанта како FBGA, често со конфигурација погодна за LPDDR. Во оваа фаза, чипот се залева за подлогата, се поврзува со жичено поврзување или преклопен чип, а потоа се додаваат топчиња за лемење за да се поврзе со матичната плоча.
Бидејќи таблетите се толку тенки, големината и висината на пакувањето со чип се од клучно значење. Производителите избираат пакувања кои се компактни, но сепак одржуваат висок интегритет на сигналот, имајќи предвид дека RAM меморијата работи со голема брзина и е чувствителна на пречки.
10. Конечно тестирање, бинирање и интеграција во таблет
Спакуваните чипови се тестираат повторно во финален тест. Тестирањето вклучува максимална брзина, потрошувачка на енергија, стабилност на различни температури и сигурност. Потоа, се врши бинирање: чиповите се групираат врз основа на перформансите. Чиповите што можат стабилно да работат на повисоки фреквенции се сместуваат во премиум класата, додека оние што се стабилни само при стандардни спецификации се сместуваат во друга класа.
Откако ќе го помине тестот, чипот се испраќа во фабриката за склопување на уредот. За време на фазата на интеграција, RAM меморијата се залемува на печатената плоча на таблетот, се тестира заедно со SoC, а потоа се подложува на тестови за обезбедување квалитет на ниво на уред, како што се тестирање на стрес, тестирање на паѓање и тестирање на температура.
Затворање
Процесот на производство на RAM чипови за таблети е комбинација од прецизен дизајн, техники на производство со нанометриска прецизност и строга контрола на квалитетот во секој чекор. Од кристали од чист силикон до енергетски ефикасни LPDDR RAM пакети, сè се создава преку серија итеративни процеси - литографија, депозиција, бакирање, допирање, формирање на кондензатори, меѓусебно поврзување на метал, тестирање на плочки, сечење и пакување и конечно тестирање. Иако RAM меморијата може да им изгледа само како бројка на капацитет на корисниците на таблети, зад неа лежи постојано еволуирачка технологија на производство што ги прави уредите побрзи, поефикасни и посигурни.
Ако сакате, можам да додадам и посебен дел за разликите помеѓу LPDDR4X и LPDDR5, или да навлезам во повеќе технички детали за структурата на DRAM ќелиите и процесот на EUV литографија.
