BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP BÀI BÁO CÁO MÔN KỸ THUẬT BIẾN TÍNH BỀ MẶT VẬT LIỆU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TRẦN QUỐC ĐẠT – 20250026 TRƯƠNG CHÍ HẢO - 20250027 TRẦN NGUYỄN MINH HIẾU - 20250032 TRỊNH NGỌC PHƯƠNG NHƯ - 20250046 LÊ PHƯỚC MINH TRÍ - 20250056 BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP BÀI BÁO CÁO MƠN KỸ THUẬT BIẾN TÍNH BỀ MẶT VẬT LIỆU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2022 0 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TRẦN QUỐC ĐẠT – 20250026 TRƯƠNG CHÍ HẢO - 20250027 TRẦN NGUYỄN MINH HIẾU - 20250032 TRỊNH NGỌC PHƯƠNG NHƯ - 20250046 LÊ PHƯỚC MINH TRÍ - 20250056 BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP Ngành: Cơng nghệ vật liệu Nhóm NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS LÊ VIẾT HẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2022 0 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC VIẾT TẮT .6 MỤC LỤC HÌNH ẢNH PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Khái quát linh kiện bán dẫn (Technology), 2020) 1.2 Cấu tạo linh kiện bán dẫn 10 1.2.1 Định nghĩa 10 1.2.2 Cấu tạo 11 1.2.3 Đặc tính 11 1.2.4 Chức 12 1.2.5 Ưu nhược điểm Transistor .12 PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ CÔNG DỤNG IC .13 2.1 Phương pháp chế tạo IC (Horowitz & Hill, 1989) 13 2.2 Phương pháp quang khắc (Photolithography) (Rack, 2019) 16 2.3 Công dụng IC 17 PHẦN 3: CẤU TẠO VÀ THIẾT KẾ 17 3.1 Cấu tạo IC (Tin, 2022) 17 3.2 Công nghệ chế tạo IC 18 3.2.1 Thiết kế (Smith, 2006-2010) 18 3.2.2 Xử lý .20 3.3.1 Cấp hệ thống 22 3.3.2 Cấp mô đun 22 3.3.3 Đăng ký mức chuyển giao (RLT) 22 3.3.4 Cổng cấp 23 3.3.5 Mật độ bóng bán dẫn 24 PHẦN 4: ỨNG DỤNG 25 4.1 Ứng dụng IC lĩnh vực .25 4.2 Ứng dụng thiết bị mạch bán dẫn .26 4.3 Ứng dụng thiết bị bán dẫn 27 PHẦN 5: ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM 28 5.1 Ưu điểm vi mạch điện tử IC 28 5.2 Nhược điểm vi mạch điện tử IC 29 KẾT LUẬN 32 Tài liệu tham khảo: 33 0 LỜI CAM ĐOAN Chúng em cam đoan nội dung trình bày trích dẫn từ nguồn thơng tin học, sách, báo thống Đồng thời, số liệu, kết trình bày hồn tồn trung thực 0 LỜI CẢM ƠN Trong phát triển quốc gia hay, ngành Vật liệu nắm vai trị vơ quan trọng Với quốc gia phát triển mạnh ngành Vật liệu, quốc gia có điểm tựa vững để phát triển mạnh mẽ kinh tế Chính đa dạng phát triển ngành nên em chọn Vật liệu đường phát triển Hơn hết, Vật liệu bán dẫn thứ cần thiết quan, hỗ trợ nhiều cho người vào đời sống Việc nghiên cứu phát triển đế linh kiện linh kiện bán dẫn công việc thiết yếu cho vơ quan trọng hầu hết thiết bị điện tử, máy móc sử dụng linh kiện Vậy để sản xuất linh kiện bán dẫn, cần phải biết trình tạo đế linh kiện bán dẫn Sau thời gian học tập tìm hiểu nhiều nguồn kiến thức khác chúng em nhận thức sâu sắc tầm quan trọng đó, em định chọn chủ đề “TÌM HIỂU VỀ BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP” làm đề tài cho báo cáo thực tập nhóm 0 DANH MỤC VIẾT TẮT Ký hiệu PVC ESD RTL CAD Tiếng anh Polyvinyl chloride Electrostatic discharge Register-transfer level Computer-aided design Tiếng việt Nhựa nhân tạo Sự phóng tĩnh điện Mức độ truyền ghi Thiết kế có hỗ trợ EB CVD Electron Beam Chemical vapor máy tinh Chùm tia điện tử Lắng đọng hóa học CMP deposition Chemical Mechanical Hóa chất học phẳng MEMS Planarization Micro-Electro- Hệ thống vi điện tư JFET Mechanical Systems junction gate field-effect Transitor hiệu ứng IJBT transistor) Insulated Gate Bipolar trường cổng nối Transistor có cực điều BJT Transistor Bipolar junction khiển cách ly Trasistor lưỡng cực transistor Very High-Speed Phần cứng cho mạch tích NAND USD Intergrated NOT - AND United States Dollar hợp tốc độ cao Cổng NAND Đồng tiền đô la Mỹ IC integrated circuit Vi mạch tích hợp AC Alternating current Điện xoay chiều DC Direct curent Điện chiều VHDL MỤC LỤC HÌNH ẢN Hình 1: Transistor Hình 2: Jack Kilby chip IC đại Hình 3: Vi mạch điện tử giới Jack Kilby phát minh Hình 4: Hình ảnh transistor NPN 10 Hình 5: Hình ảnh transistor PNP 11 Y Hình 1: Quy trình tạo chip IC 15 0 Hình 2: Quá trình quang khắc 15 Hình 1: Cấu tạo phận IC 17 Hình 2: Các bước xử lý Wafer .20 Hình 3: Quy trình tạo IC Silicon 20 Hình 4: Quá trình chuyển giao liệu 22 Hình 5: Kí hiệu BJT 23 Hình 6: Kí hiệu mạch MOSFET 24 Hình 1: Các loại IC khác .28 Hình 2: Hình ảnh cho thấy phổ biến bán dẫn 30 Hình 3: Hình ảnh chip bán dẫn 31 Hình 4: Các bóng bán dẫn 31 Hình 5: Bản mạch IC 31 Hình 6: Hình ảnh bóng bán dẫn góc nhìn phóng đại 31 0 PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Khái quát linh kiện bán dẫn Linh kiện bán dẫn hay phần tử bán dẫn linh kiện điện tử khai thác vật liệu có tính bán dẫn silic, germani, arsenua galli chất bán dẫn hữu khác Các linh kiện sử dung dẫn truyền điện tử dạng rắn, điểm khác biệt so với các linh kiện điện tử chân không dùng dẫn truyền dạng phát xạ nhiệt hay khí Vì chúng thay linh kiện ion nhiệt hầu hết ứng dụng [ CITATION Ele20 \l 1033 ] Trong linh kiện bán dẫn hai dạng rời vi mạch gia công, kết nối bán dẫn wafer 0 Sự đời chất bán dẫn lần đánh dấu kiện phát minh phát minh (AC – DC converter) vào năm 1874 Đến năm 1946, Đại học Pennsylvania – Hình 1: Jack Kilby chip IC đại Mỹ cho xây hệ Hình 2: Transistor thống máy tính sử dụng đèn chân khơng kích thước q lớn chiếm gần tồn ngơi nhà, đồng nghĩa với việc lượng điện tiêu thụ nhiệt tỏa lớn Năm 1947, Bardeen Brattain Bell Laboratories – Mỹ phát minh transistor tiếp điểm, sau năm đời transistor lớp chuyển tiếp Shockley phát minh Năm 1956, nghiên cứu phát triển bóng bán dẫn đạt giải thưởng Nobel danh giá ba nhà vật lý tài Shockley, Bardeen, Brattain thực tiếp nối phát triển bóng bán dẫn tốc độ vượt bậc công nghiệp bán dẫn Số liệu tính tốn năm sau quy mơ 100 triệu USD Đến năm 1959, mạch tích hợp lưỡng cực IC phát minh nhà nghiên cứu Kilby Noyce, đánh dấu mở cửa đường phát triển kỷ nguyên IC Chiếc IC Jack Kilby phát minh để giải vấn đề mà ơng gặp phải Nó tạo thành từ silicon Nổi bật với ưu điểm 0 kích thước, trọng lượng nhỏ nhẹ, vi mạch ngày sử dụng rộng rãi loạt thiết bị điện Hãng sản xuất Texas Instruments phát triển máy tính để bàn sử dụng IC vào năm 1967 Cuộc đua “IC” bắt đầu nổ sau Nhật Bản bắt tay vào sản xuất máy tính khác diễn khốc liệt đến đến năm 1970, IC cải tiến, quy mơ tích hợp lớn (LSI) Sau đó, linh kiện VLSI (100.000 – 10.000.000 linh kiện tích hợp chip) phát triển vào năm 1980, ULSI (hơn 10 triệu linh kiện chip) phát triển vào năm 1990 Tiếp sau phát triển LSI ( LSI đa chức với nhiều chức tích hợp chip) Hình 3: Vi mạch điện tử giới Jack Kilby phát minh Ngày nay, chất bán dẫn có mặt thiết bị phục vụ lĩnh vực Phổ biến silic, với điểm mạnh chi phí ngun liệu thấp, gia cơng đơn giản, phạm vi nhiệt độ rộng, có khả chế tạo thành có đường kính lên đến 300mm (12 inches) Trong Germani loại vật liệu bán dẫn sử dụng đầu tiên, điểm trừ làm silic nhạy nhiệt Hiện nay, để phát huy tối đa ưu điểm hai loại vật liệu này, người ta kết hợp chúng thành linh kiện SiGe tốc độ cao Một nhà sản xuất đầu lĩnh vực IBM Ngoài ra, Arsenua galli (GaAs) sử dụng rộng rãi linh kiện tốc độ cao, để chế tạo lớn lớn, chi phí đắt silic nhiều Ngồi vật liệu loại khác nghiên cứu phát triển Đơn cử carbide silic (SiC) ứng dụng sản xuất linh kiện cho 10 0 thành phần có hai Đây phận quan trọng IC thường làm từ silicon  Chân (còn gọi pin/lead): Chức chúng kết nối đến lõi thơng qua dây có khả dẫn điện.Chúng thường làm vàng Hình 1: Cấu tạo phận IC Như vậy, tùy vào loại IC muốn dùng cho việc mà có thêm phận hỗ trợ khác Ví dụ IC xe máy hỗ trợ thêm kích lửa nhiều loại khác,… Chính mà IC thường không cấu tạo giống 3.2 Công nghệ chế tạo IC 3.2.1 Thiết kế[ CITATION Michael2010 \l 1033 ] 3.2.1.1 Thiết kế hệ thống Đây bước đặc biệt quan trọng Bởi người thiết kế phải lý giải 100% hệ thống thiết kế, nguyên lý, đặc tính hệ thống, chẳng hạn: công nghệ sử dụng chế tạo, tốc độ xử lý, lượng, cách bố trí pin điều kiện hoạt động hệ thống Một điều quan trọng bước thiết kế hệ thống khơng có hỗ trợ từ công cụ chuyên dụng 19 0 3.2.1.2 Thiết kế chức Thiết kế (Verilog-HDL, VHDL, ) chức cho chip Mức độ thiết kế RTL (Register Transfer Level ) tức trọng vào hoạt động tổng thể chip cấu tạo chi tiết kết tính tốn luân chuyển liệu register (MÁY GHI) 3.2.1.3 Thiết kế logic thiết kế mạch  Ở bước này, RTL thiết kế phần dẽ chuyển xuống mức thiết kế thấp  Các quan hệ logic (NOT, NAND, NOR, MUX…) chuyển đổi từ chức có mức trừu tượng cao (RTL) từ chuyển xuống mức cổng  Các Tool chuyên dụng thực nhiệm vụ này, ví dụ Design Compiler, Synplify, XST, 3.2.1.4 Thiết kế sơ đồ bố trí Các cơng cụ CAD nhà thiết kế sử dụng để chuyển net-list sang kiểu data cho layout Trong bước người thiết kế phải tuân thủ quy định nghiêm ngặt Design-Rule: linh kiện thiết kế cho diện tích chiếm nhỏ chức chip tối ưu hóa 3.2.1.5 Mask pattern design (Thiết kế mẫu) Ở công đoạn người thiết kế chuyển file layout vừa có sang mask pattern Tức chuyển phần thiết kế sang kiểu format đặc biệt để sản xuất mask 3.2.2 Xử lý 3.2.2.1 Sản xuất mask - Sản xuất mask cịn gọi cơng nghệ đúc khn để đúc vi mạch lên siliicon - Công nghệ sản xuất đại sử dụng tia điện tử (EB – Electron Beam) 20 0 ... 20250046 LÊ PHƯỚC MINH TRÍ - 20250056 BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP Ngành: Cơng nghệ vật liệu Nhóm NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS LÊ VI? ??T HẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2022 0 MỤC... linh kiện bán dẫn Linh kiện bán dẫn hay phần tử bán dẫn linh kiện điện tử khai thác vật liệu có tính bán dẫn silic, germani, arsenua galli chất bán dẫn hữu khác Các linh kiện sử dung dẫn truyền... “TÌM HIỂU VỀ BIẾN TÍNH TRONG SẢN XUẤT LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH TÍCH HỢP” làm đề tài cho báo cáo thực tập nhóm 0 DANH MỤC VI? ??T TẮT Ký hiệu PVC ESD RTL CAD Tiếng anh Polyvinyl chloride Electrostatic