模组是分工的产物,旨在让人能够聚焦于特定的一些工艺而不是全部工艺,达到熟能生巧,以确保工厂的稳定。
其他的各种指示灯同理,依次亮起。这就是为什么计算机启动的起点一定是要开机,通过外部给予一个触发的原因。同样,很多软件的运行,也一样至少需要一个外界给予触发,触发之后就可以通过事先组合好的“0和1指令”(开关)去自运作。
开关与开关之间还要有金属互联才能作用,这就是电路。
当然,如果要存储数据的话还要有电容,电容在微观世界里,就是两片金属板,充电就是1,放电就是0,一系列的电容搭配上mosfet就形成了内存芯片。
FAB厂干的活就是在衬底上来制造出这样的电路:开关(晶体管)+其他器件(如电容)+连接导线(金属互联),做完之后,不能裸露,因此还需要有个保护层,就是钝化处理。
做好之后就交付给下游封测厂去切割和封装与测试,变成可交付给电子厂的部件,比如CPU(包括控制单元,运算单元等)、内存条等等。
衬底是制造电路的原材料,它是光滑的原片,FAB厂会在上面进行图形化,然后通过增材减材和改性处理,把一堆类似的电路立体式地制造在上面,变成可出货的成品。
开关有两种,一种是通电就打开,一种是断电才打开,我们要同时做两种开关,就是所谓的CMOS(CMOS能耗比单纯的PMOSFET和NMOSFET这是工程演进的一个结果。
a晶体管制造(CMOS)
STI:隔离出一个一个井的边界,让开关只在这个边界里面加工。
NW/PW:注入离子,形成N井和P井
栅极制造:形成N井和P井的栅极
源极和漏极制造:注入离子形成源漏极,N井注入P,P井注入N,形成两个PN结。
N是negative,P是positive,N就是引入负电荷,也就是多余的电子,P是引入多余的正电荷,就是空穴。
PMOS就是正(P)电荷从源流到漏,NMOS就是负(N)电荷从源流到漏
电流是正电荷的流动方向,因此NMOS和PMOS的电流方向相反。
而NMOS和PMOS里面的N和P指的是沟道里面载流子是电子还是空穴来定义的,沟道的作用是联通源和漏,因此源和漏极里面填充的是啥和沟道内的电性又是一样的,所以,源极和漏极是引入N的就是NMOS,是P的就是PMOS。
bravo!
因为PMOS和NMOS电流方向是相反的,所以,把它两的漏极连起来,就会得到一个从PMOS的源极到漏极再从NMOS的漏极到源极的CMOS电路。
能计算又能存储,那么运算器和存储器就可以被制造出来。它们不同的组合和连接,就可以得到不同的芯片,比如内存芯片,CPU芯片。
低阻值层:栅极、源极和漏极表面要生成一层低阻值物,用于后续金属互联层的链接点。
上面的加工过程并不是一个一个开关去加工的,而是全部一起加工,因此以sti边界为例,就是先涂满胶,再把边界要加工的边界显示出来,然后去掉边界的胶,再整个处理。
这样没胶的是我们要的,有胶的是我们不希望被加工到井边,用胶覆盖住的井里,加工完再把胶去掉,这样边界就加工出来了,后续再在这个边界里面用类似的批量处理方法去一起加工出出一堆由源极、漏极和栅极组成的开关,一堆比如可以是几千万个或几亿个,乃至百亿个。
这些晶体管连在一起就形成一个die(一个井),也就是所谓的裸芯片,也叫管芯。
STI是ShallowTrenchIsolation的缩写,意思是浅槽隔离。STI边界是指相邻STI结构之间的界限或分界线。较光滑和均匀的STI边界可以减少电场浓度和电流泄漏,提高芯片的可靠性和性能。
b金属层堆叠
底部器件制造完成之后,晶圆上就有非常多的MOSFET,它们彼此之间被绝缘氧化物隔离开,密密麻麻,但是又彼此独立。
为了让它们能够彼此协作进行工作,就要将这些MOSFET链接起来,这些链接物通常是钨,铜,也可以是其他金属。
连起来的这些晶体管,导通就是1,不导通就是0,由栅极进行控制。电路越复杂堆叠层数就会越多,比如几层到十几层。die就是一个芯片,根据尺寸不一样,一片晶圆上可以做几十到几万个die,最后要切下来封装。
这里的寸指的是晶圆的尺寸,是用来表示晶圆大小的一种单位。不同尺寸的晶圆可以用来生产不同的芯片,而不同尺寸的芯片则具有不同的性能和成本。
c钝化层保护
总体而言,晶圆来料表面是光滑平坦的,要在上面加工出错综复杂的器件和金属互联线路,需要经过增材、减材和改性处理才行。
这些过程主要和化学腐蚀与离子轰击有关。
还有就是上述三个处理过程发生的具体位置通常要在晶圆上画出来,以指示加工的范围,则是光刻的工作。
原理是:光刻胶中含有感光剂,被照射后会发生化学反应,使得被照射部分和未被照射部分,接触到显影液时候的溶解速度相差三个数量级(比如3000)倍左右。
光刻比较在意的有这样几个结果参数:
分辨率,也就是一毫米宽的距离可以画多少条清晰的线;Overlay,也就是不同层之间的对准;缺陷,做完光刻,不能有残留。还有就是感光速率,太慢效率就低了,成本会变高;另外就是膨胀,温度会热胀冷缩,影响对准。
如前文所述,四大模组制造产品,过程当中也是要穿插检测进行测量,防止不良造成后段工序出现问题,比如:
做完之后,看产品,有些还有背金,就是把整个Wafer背面做减薄处理。
最后出货前,还要进行电性检测,以评价器件特性。
电性无外乎就是,电容、电阻、电流、电压,一讲就知道,只是把这些参数放到MOSFET的场景去而已。
如果把一个晶体管想象成一个开关,分为源,漏,栅极。栅极加电压,电流就会从源极流到漏极。这样一个简单场景,它的理想状态是:
根据原理,当栅极电压Vg
c.那加了一个固定的Vg电流是不是稳定的呢,不是的,实际会受环境影响漂来漂去,比如温度高温度低之类。那就卡一下最大电流,就是所谓的饱和电流。
也就是在栅压(Vg)一定时,源/漏(Source/Drain)之间流动的最大电流Idsat,这里I是电流的意思。
d.开时候有电流,关时候就要没电流,这才是一颗正经开关,可是实际上也是很难的,所以只能追求它越小越好。Ioff,这里I是电流的意思,ioff叫关态电流。
Vg=0时的源、漏级之间的电流,一般要求此电流值越小越好。Ioff越小,表示栅极的控制能力愈好,可以避免不必要的漏电流(省电)。
NG是指不良的芯片,而INK是指对不良芯片进行标记或识别的过程。
晶圆厂体现的是制造的最高水准,每天海量的数据,靠人工无法处理,基本上都需要IT系统来完成,通过人机系统的协同,实现稳定和高质量的交付。
工业软件追求的是一个稳定和防呆,通常技术比较旧,难用,界面密密麻麻一堆参数,功能模块有几百个。
曾经去产线,看到的ATE的机台上面有个一个极简的指导文档被粘贴在机台上,每个案件也被标注了step。
一个FAB通常要配一个一定规模的IT团队对其进行维护和不断地二开。
半导体厂追求的fullauto,日常工作很多都要通过系统来完成,比如做实验,就要在系统开单,解Hold也要在系统做动作等等。
一片Wafer从投片到出货,会经过几百步骤乃至几千步。
前面的衬底制备,和后面的成品检测外,中间的步骤就是一层一层的薄膜、光刻、刻蚀、扩散的循环,每一个层就是所谓Layer,层与层之间要对准,否则就有可能影响器件特性。
而影响层与层对准的可能是工艺参数,比如涂胶时候的转速导致涂胶不均匀进而影响曝光之类。大概工艺影响的链条是这样:
工艺参数(Recipe参数)、工艺特性(cd/ovl、profile…)、器件特性(Wat可检出电性:Vt、Ron、Loff、Rcvia、Rsheet、Continuty…;CP可检出电性:RT/HT、Vt、Ron、Ioff…)、产品使用性(可靠性),
日常分析的理想状态就是要去把握它们之间的Corelation分析。
如果在具体产品的制造过程中,如果我们知道机台的某个参数,比如:压力、功率,它会影响到最终CP的哪个具体器件特性,比如击穿电压之类。
就可以将其集成到CIM系统里面进行卡控。日积月累形成制造系统知识库,让车间的抗扰动能力不断加强,以提高良率、效率和降低单件成本。
基于这样的目的,要有一堆人用系统的术语理解,从事不同的岗位,共同努力才能实现。
三、术语总结
3.1.1工作岗位
这些都是一些管理、维护和改善系统的概念,可能涉及到生产、运营、维护等多个领域。以下是对这些概念的基本解释:
HoldLotReduction:这是指减少库存的一种策略。通过精确地预测需求,并保持合理的库存水平,可以降低库存持有成本并提高资金的流动性。
CIPContinueImprovePlan:这可能是指持续改进计划(ContinuousImprovementPlan)。这通常是一种不断优化流程、减少浪费、提高效率的策略。
PartsManagement:这是指零件或部件的管理。包括零件的采购、存储、分发等环节。有效的零件管理可以确保生产的顺利进行,同时还可以降低库存成本。
SOP(StandardOperatingProcedure)Creation:这是指制定标准操作程序。SOP是指导员工如何进行日常工作的文件,可以确保工作的标准化和一致性。
FDC(FailureTrendChart)Monitoring:这是指对失败趋势图的监控。通过追踪和分析故障模式的趋势,可以提前发现问题,并采取相应的措施防止故障的发生。
DefectMap分析:这是一种可视化工具,用于显示缺陷的分布情况,可以帮助YE了解哪些区域或产品线存在更多的缺陷。
SetupKLARecipe:这可能涉及设置或优化自动检测缺陷的脚本或程序。KLA(KeyLaboratoryofAdvancedTechnology)可能是一个实验室或研究机构,其研究的技术可能涉及自动化检测。
hightlineModule:这可能是一个系统或工具,用于高亮显示或标记缺陷,以便更容易地识别和解决问题。
追踪process产生的问题:这意味着YE需要找出是什么导致了这些问题,以及如何在生产过程中预防它们再次发生。
TO:生产技术员线上作业员,按照SOP进行作业。
SOP指的是标准操作程序
3.1.2职位
台厂在高端电子代工占据全球半壁江山,公司都很大,几万人到几十万人不等,整个职位等级比较规整,他们貌似基本上实现了全行业标准化,一个协理出来,大概就知道是什么层级的管理层。
相对而言,大陆企业的职位体系就各个公司都有很大差异,一个经理你就不好知道他是什么样的管理层。
半导体行业受台湾影响比较大,整个职位体系就与台厂相近。
台厂典型职位等级是:线长(班长)、组长、课长、部长、专理、副理、经理、处长、协理、副总、总经理、副总裁、总裁(台)。
大陆半导体厂基本上也是裁剪使用这一套,基本上会有这些职务:班长、课长(科长、课经理)、经理(部经理)、处长、总裁这样,其中省去了一些大陆不习惯的专理和协理这种称呼。
cp常识理解就是制程能力,能力越强,波动范围越小,也就是cp值越大,波动范围越小。纯公式理解也是这个结论,客户要求的规格Range/实际的6西格玛。波动小,代表分母小了,因为分子不变所以cp就大。一般大于1.33是好的。
但是波动大小之外还要考虑中心点均值,所以还要看cpk值。
3.6术语应用进阶
一个Lot,通常没一层都要做镜检、扫Defect,测CD、Defect会出MAP图,比如刻蚀不净和残胶等,CD可监控OOC、OOS进而知道在线工艺稳定情况,WAT会模拟器件测值,CP全测,为ink做数据支撑,defect叠图分析也可支撑ink,最终得到shippingYield。
审核编辑黄宇
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