Tiểu Luận - Thiết kế hệ thống số VLSI - CHỦ ĐỀ - TÌM HIỂU VỀ HỆ QUANG HỌC TẠO MASK (LENS) VÀ ĐỘ PHÂN GIẢI, SAI SỐ CHẾ TẠO CỦA CÁC TIẾN TRÌNH SẢN XUẤT VI MẠCH HIỆN ĐẠI

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Khoa Điện - Điện tử TIỂU LUẬN THIẾT KẾ VLSI CHỦ ĐỀ: TÌM HIỂU VỀ HỆ QUANG HỌC TẠO MASK (LENS) VÀ ĐỘ PHÂN GIẢI, SAI SỐ CHẾ TẠO CỦA CÁC TIẾN TRÌNH SẢN XUẤT VI MẠCH HIỆN ĐẠI Phần I GIỚI THIỆU QUY TRÌNH SẢN XUẤT VI MẠCH Phân loại : Thiết kế vi mạch thường chia làm loại : – Thiết kế số ( Digital IC design ) – Thiết kế tương tự ( Analog IC design ) – Thiết kế tín hiệu hỗn hợp ( Mixed-signal design ) Dù thiết kế loại qui trình thiết kế gồm giai đoạn : – Thiết kế luận lý ( Logical design – Front End design ) – Thiết kế vật lý ( Physical design – Back End design ) Chip sau thiết kế đem đến nhà máy sản xuất Các cơng ty tự sản xuất chip thiết kế, bán thiết kế cho cơng ty khác, thuê công ty khác sản xuất cho ( fabless company ) Chip sau sản xuất kiểm tra kĩ lưỡng trước đến với người tiêu dùng Chi tiết 2.1 System design Phần thiết kế đặc biệt quan trọng, người thiết kế thường trưởng dự án Người thiết kế phải lý giải 100% hệ thống thiết kế Người thiết kế cần phải hiểu rõ nguyên lý hoạt động toàn hệ thống, đặc điểm công nghệ, tốc độ xử lý, mức tiêu thụ lượng, cách bố trí pins, lược đồ khối, điều kiện vật lý kích thước, nhiệt độ, điện áp… Tất bước thiết kế system design diễn mà khơng có hỗ trợ đặc biệt từ cơng cụ chun dụng Sau có thiết kế (yêu cầu) hệ thống, trưởng dự án chia nhỏ công việc cho đội thiết kế Mỗi đội đảm nhận phận hệ thống, ví dụ đội CPU, đội bus, đội peripheral, đội phần mềm, đội test 2.2 Function design Phần bước system design, ví dụ cho đội CPU Team leader người định spec chi tiết CPU dựa yêu cầu hệ thống từ trưởng dự án Các design review diễn hàng tuần team leaders trưởng dự án Sau nhiều review, thảo luận vậy, spec chi tiết cho CPU hoàn thiện dạng document (word, pdf) với hàng trăm lược đồ khối (block diagram), biểu đồ thời gian (timing chart), loại bảng biểu Team leader chịu trách nhiệm chia nhỏ công việc cho thành viên đội Ví dụ người đảm nhận phần ALU, người đảm nhận phần Decoder, Tới lượt mình, thành viên sử dụng công cụ chuyên dụng để thiết kế phận (module) đảm nhận Trào lưu dùng ngôn ngữ thiết kế phần cứng (Verilog-HDL, VHDL, System-C ) để thực hóa chức logic Người ta gọi mức thiết kế thiết kế mức RTL (Register Transfer Level) Thiết kế mức RTL nghĩa không cần quan tâm đến cấu tạo chi tiết mạch điện mà trọng vào chức mạch dựa kết tính toán luân chuyển liệu register (flip-flop) Ví dụ đoạn code Verilog miêu tả lựa chọn bit: /* 2-1 SELECTOR */ module SEL ( A, B, SEL, OUT ); input A, B, SEL; output OUT; assign OUT = SEL2_1_FUNC ( A, B, SEL ); function SEL2_1_FUNC; input A, B, SEL; if ( SEL == ) SEL2_1_FUNC = A; else SEL2_1_FUNC = B; endfunction endmodule Thông thường file text gọi file RTL (trường hợp viết ngơn ngữ Verilog VHDL) Để kiểm tra đắn mạch điện, người ta dùng công cụ mơ ví dụ NC-Verilog (Native Code Verilog) hay NC-VHDL hãng Cadence, ModelSim hãng Mentor Graphics Quá trình debug lặp lặp lại máy tính thiết kế thoả mãn yêu cầu từ team leader Thành thành viên file RTL Team leader tổng hợp file RTL từ thành viên, ghép module với thành module lớn, RTL cho CPU Tới lượt team leader dùng simulator để mơ kiểm tra tính đắn CPU, có vấn đề feedback lại cho thành viên yêu cầu họ sửa Sau test cẩn thận, toàn cấu trúc RTL nộp cho trưởng dự án Tương tự module khác: bus, peripherals, Các module lại tiếp tục ghép với để cấu thành nên SoC hoàn chỉnh, bao gồm: CPU, system bus, peripherals SoC thành phần Function design 2.3 Synthesis - Place - Route Đây bước chuyển RTLs thiết kế phần xuống mức thiết kế thấp Các chức mức trừu tượng cao (RTL) hoán (synthesize) đổi thành quan hệ logic (NOT, NAND, NOR, MUX, ) Các tool chuyên dụng thực nhiệm vụ này, ví dụ Design Compiler hãng Synopsys, Synplify hãng Synplicity, XST hãng Xilinx Kết hoán đổi khác tùy theo synthesis tool thư viện Thư viện "linh kiện" "macro" - cung cấp nhà sản xuất bán dẫn Ví dụ hãng NEC có thư viện riêng, hãng SONY có thư viện riêng, hãng Xilinx có thư viện riêng Việc chọn thư viện phụ thuộc vào việc hãng sản xuất chip sau Ví dụ SoC lần mang nhờ TSMC Đài Loan sản xuất, chọn thư viện TSMC Kết bước Synthesis "net-list" cấu trúc theo tiêu chuẩn đó, thường EDIF (Electronic Design Interchange Format) Net-list đánh dấu hoàn thành thiết kế SoC mức độ "thượng lưu" 2.4 Layout design Phần khởi đầu cho thiết kế mức "hạ lưu", thường đảm nhiệm chuyên gia hãng sản xuất bán dẫn Họ sử dụng công cụ CAD để chuyển net-list sang kiểu data cho layout Netlist trở thành vẽ cách bố trí transistor, capacitor, resistor, Ở phải tuân thủ nghiêm ngặt thứ gọi Design Rule Ví dụ chip dùng cơng nghệ 65nm phải dùng kích thước bội số 65nm 2.5 Mask pattern design Bước layout design mask pattern Phần thực giống hệt với artwork thiết kế in Các mask (cho bước sản xuất khác nhau) tạo dạng data đặc biệt Mask data gửi tới nhà sản xuất mask để nhận mask kim loại phục vụ cho công việc sản xuất 2.6 Sản xuất mask Có thể xem mask khuôn để đúc vi mạch lên silicon Công nghệ sản xuất mask đại chủ yếu dùng tia điện tử (EB - Electron Beam) Các điện tử với lượng lớn (vài chục keV) vuốt thành chùm chiếu vào lớp film Crom đổ bề mặt thủy tinh Phần Cr không bị che mask (artwork) bị phá hủy, kết phần Cr không bị chùm electron chiếu vào trở thành mask thực Một chip cần khoảng 20 tới 30 masks Giá thành mask cực đắt, cỡ vài triệu USD 2.7 Chuẩn bị wafer Đây bước tinh chế cát (SiO2) thành Silic nguyên chất (99.999999999%) Silic nguyên chất pha thêm tạp chất ngun tố nhóm nhóm Ví dụ pha B wafer loại p, pha P wafer loại n Silicon cắt thành trịn đường kính 200mm 300mm với bề dày cỡ 750um Có cơng ty chun sản xuất silicon wafer Chẳng hạn Shin'Etsu công ty cung cấp khoảng 40% silicon wafer cho thị trường bán dẫn Nhật Bản Giá wafer 200mm khoảng 20 USD 2.8 Các trình xử lý wafer Tất thực môi trường siêu (ultra clean room) Sau số processes clean room: * Rửa (wet process): bước làm wafer dung dịch hóa học Ví dụ APM (hỗn hợp NH4OH/H2O2/H2O) dùng để làm particle bụi khơng khí, bụi từ người bay ra; HPM (hỗn hợp HCl/H2O2/H2O) dùng làm tạp chất kim loại (Cu, Au, Pt ); HPM (hỗn hợp H2SO4/H2O2) làm tạp chất hữu (resist) kim loại (Ze, Fe ); DHF (axit HF loãng) dùng để loại bỏ phần SiO2 khơng cần thiết Từ khóa: RCA, LAL800, ultra clean technology * Ơ-xi hóa (Oxidation): tạo SiO2 bề mặt wafer lớp SiO2 mỏng cỡ tới nanomet trở thành gate transistor Từ khóa: cấu tạo nguyên lý hoạt động MOSFET, ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductor), LOCOS (local oxidation of silicon), STI (Swallow Trench Isolation) * CVD (Chemical Vapor Deposition): tạo lớp film mỏng bề mặt wafer phương pháp hóa học (SiO2, Si3N4 Poly-Si, WSi2) Ví dụ dùng CVD áp suất thấp môi trường SiH4 H2 để tạo lớp poly-Si (Si đa tinh thể) để làm điện cực cho transistor Từ khóa: CVD, LPCVD, poly-Silicon, batch process * Cấy Ion (Ion implantation): Sử dụng nguồn ion lượng cao (vài chục tới vài trăm keV, nồng độ cỡ 2E-15 cm-3) bắn trực tiếp lên bề mặt Si nhằm thay đổi nồng độ tạp chất Si Ví dụ bắn ion As để tạo vùng n+ để làm source drain cho MOSFET Từ khóa: ion implantation, source, drain, dose * Cắt (etching): loại bỏ phần SiO2 không cần thiết Có hai loại: wet-etching dùng axit HF lỗng để hòa tan SiO2; dry-etching dùng plasma để cắt SiO2 khỏi bề mặt Si Từ khóa: high-density plasma etching, RIE (Reactive Ion Etching), HF, etching * Photolithography: phương pháp xử lý quang học để transfer mask pattern lên bề mặt wafer Wafer phết lớp dung dịch gọi resist, độ dày lớp khoảng 0.5um Ánh sáng chiếu lên mask, phần ánh sáng qua làm mềm resist Sau rửa dung dịch đặc biệt (giống tráng ảnh), phần resist không bị ánh sáng chiếu vào tồn wafer mask (trong trường hợp resist loại positive) Từ khóa: photolithography, EB, photo mask, KrF, ArF, F2, reticle, EUV, stepper, scanner, OPC (optical proximity correction), PSM (phase shift mask), excimer laser * Sputtering: Là phương pháp phủ nguyên tử kim loại (Al, Cu) lên bề mặt wafer Ion Ar+ với lượng khoảng keV môi trường plasma bắn phá target kim loại (Al, W, Cu), nguyên tử kim loại bật bám lên bề mặt wafer Phần bị phủ trở thành dây dẫn nối transistor với Từ khóa: Multilevel interconnect, via, contact, low-k, electro migration * Annealing: Xử lý nhiệt giúp cho liên kết chưa hoàn chỉnh Si (bị damaged ion implantation etc.) tạo liên kết với H+ Việc có tác dụng làm giảm trap lượng bề mặt Si SiO2 * CMP (Chemical Mechanical Polishing): Làm phẳng bề mặt phương pháp cơhóa Đây kỹ thuật áp dụng vào semiconductor process Có tác dụng hỗ trợ thêm cho xử lý photolithography, etching etc 2.9 Kiểm tra - Đóng gói - Xuất xưởng Các xử lý phần lặp lặp lại nhiều lần tùy thuộc vào mức độ phức tạp chip Cuối chip cắt rời (một wafer 300mm tạo khoảng 90 chip Pentium IV) Một loạt xử lý khác back grinding (mài mỏng phần mặt chip), bonding (nối pins, dùng chì mạ vàng đồng), mold (phủ lớp cách điện), marking (ghi tên hãng sản xuất etc.) Từ khóa: packaging, dicing, back grinding, bonding, marking, PGA (pin grid array), BGA (Ball Grid Array), QFP (Quad Flat Package) 2.10 Một số hình ảnh nơi sản xuất vi mạch Phần II TÌM HIỂU VỀ HỆ QUANG HỌC TẠO MASK (LENS) Tổng quan quang học 1.1 Giới thiệu quang học vai trị ứng dụng đại Quang học ngành vật lý học nghiên cứu tính chất hoạt động ánh sáng, bao gồm tương tác với vật chất cách chế tạo dụng cụ nhằm sử dụng phát Phạm vi quang học thường nghiên cứu bước sóng khả kiến, tử ngoại, hồng ngoại ánh sáng sóng điện từ, dạng khác xạ điện từ tia X, sóng vi ba, sóng vơ tuyến thể tính chất tương tự Vai trò quang học ứng dụng đại phủ nhận Dưới số ví dụ vai trị quan trọng quang học: - Công nghệ thông tin viễn thông: Quang học đóng vai trị quan trọng viễn thơng quang học, nơi ánh sáng sử dụng để truyền tải thơng tin nhanh chóng đáng tin cậy qua cáp quang Các công nghệ quang học khác sử dụng viễn thơng khơng dây, máy tính quang học lưu trữ liệu quang học - Y học chẩn đốn: Quang học đóng vai trò quan trọng y học, cho phép phát triển cơng cụ chẩn đốn điều trị tiên tiến Ví dụ viễn thám y tế, quang phẫu thuật, hình ảnh y khoa phương pháp phân tích dựa ánh sáng - Cơng nghệ hình: Cơng nghệ hình quang học, hình LCD hình OLED, trở thành phần khơng thể thiếu thiết bị điện tử đại điện thoại di động, máy tính bảng TV - Năng lượng tái tạo: Quang học đóng vai trị quan trọng lượng tái tạo, bao gồm công nghệ mặt trời quang điện, chiếu sáng LED tiết kiệm lượng cảm biến lượng mặt trời - Công nghệ quang phổ: Công nghệ quang phổ sử dụng để phân tích nhận dạng chất, từ việc xác định thành phần hóa học mẫu đến ứng dụng việc phát phân tích chất ô nhiễm, y học khoa học vật liệu - Kỹ thuật quang học tiên tiến: Quang học cung cấp sở cho nhiều công nghệ tiên tiến, bao 1.2 Các khái niệm quang học ánh sáng, chùm sáng, góc, tần số, độ dày quang động, phản xạ, giao thoa nhiễu xạ - Ánh sáng hay ánh sáng khả kiến xạ điện từ có bước sóng nằm vùng quang phổ nhìn thấy mắt thường người (tức từ khoảng 380 nm đến 760 nm), gọi vùng khả kiến Giống xạ điện từ, ánh sáng mơ tả đợt sóng hạt chuyển động gọi photon Ánh sáng có tốc độ nhanh - Chùm sáng: bao gồm nhiều tia sáng hợp thành gồm tia sáng giao nhau, không giao nhau, loe rộng đường truyền chúng - Góc: Trong quang học, góc sử dụng để mô tả hướng di chuyển ánh sáng tương tác với vật thể Các góc quan trọng bao gồm góc phát xạ, góc phản xạ, góc lệch, góc giao thoa nhiều khái niệm khác - Tần số: Trong quang học, tần số liên quan đến số lần dao động ánh sáng đơn vị thời gian Nó đo đơn vị Hertz (Hz) Tần số cao, ánh sáng có màu sắc xanh dương, cịn tần số thấp tương ứng với màu sắc đỏ - Độ dày quang động: Độ dày quang động khác biệt độ dày hai mơi trường có số khúc xạ khác Khi ánh sáng chuyển từ mơi trường sang mơi trường khác, bị lệch phản xạ Độ dày quang động ảnh hưởng đến góc lệch phân tán ánh sáng - Phản xạ: Phản xạ tượng ánh sáng bị đổi hướng gặp bề mặt phản xạ Có hai loại phản xạ chính: phản xạ phẳng (đối xứng) phản xạ không phẳng (không đối xứng) - Giao thoa: Giao thoa tượng xảy hai nhiều sóng ánh sáng gặp kết hợp lại để tạo thành mẫu tương thích khơng tương thích 2 Mask (lens) quang học 2.1 Định nghĩa vai trò mask quang học - Mask (lens) quang học công cụ quan trọng sử dụng để điều chỉnh kiểm soát luồng ánh sáng Dưới số vai trị mask: - Điều chỉnh tập trung ánh sáng: Mask sử dụng để điều chỉnh hướng tập trung ánh sáng vào điể m khu vực định Chúng có khả tập trung ánh sáng vào điểm tiêu cự, thay đổi hình dạng kích thước chùm sáng, chí chỉnh sửa phân bố ánh sáng - Phân cực ánh sáng: Các mask phân cực sử dụng để kiểm soát hướng phân cực ánh sáng Chúng cho phép cho phép tia sáng hướng cụ thể qua chặn tia sáng khác Điều hữu ích ứng dụng chụp ảnh phân cực công nghệ hiển thị phân cực - Phân tán làm mờ ánh sáng: Mask phân tán sử dụng để phân tán ánh sáng cách đồng làm mờ độ sáng tổng thể Chúng tạo hiệu ứng mờ giảm độ sáng, sử dụng ứng dụng ánh sáng môi trường ảnh chụp mờ 2.2 Các loại mask phổ biến ứng dụng chúng - Photomask (Mask phôtô): Đây loại mask sử dụng công nghệ lithography để tạo mẫu mơ wafer q trình sản xuất chip điện tử Ứng dụng photomask ngành công nghiệp điện tử viễn thông - Mask công nghệ hiển thị: Trong công nghệ hiển thị, mask sử dụng để tạo mẫu mô lớp vật liệu hình LCD (Liquid Crystal Display) OLED (Organic Light Emitting Diode) - Mask công nghệ in ấn: Mask sử dụng công nghệ in ấn để tạo mẫu mô mặt in Các mask in ấn đảm bảo chất lượng chi tiết sản phẩm in, in mẫu bao bì, in mẫu vật liệu mềm, v.v - Mask quang học quang viễn thám: Mask sử dụng mô quang quang viễn thám để tạo mẫu mô ánh sáng thiết bị quang học Điều giúp đánh giá cải thiện hiệu suất thiết bị quang học hệ thống viễn thám - Mask công nghệ quét nhận dạng: Mask sử dụng thiết bị quét nhận dạng để tạo mẫu mô điều chỉnh ánh sáng, giúp thu thập thơng tin xác tạo hình ảnh chất lượng cao 2.3 Các vật liệu phổ biến sử dụng để sản xuất mask đặc điểm chúng - Quartz (Silica): Quartz vật liệu phổ biến sử dụng cơng nghệ lithography Nó có khả chịu nhiệt độ cao có độ ổn định tốt Quartz có khả truyền ánh sáng tốt phạm vi quang phổ rộng, từ UV đến hồng ngoại gần Điều làm cho trở thành vật liệu lý tưởng để tạo mask quang học - Soda-lime glass: Soda-lime glass vật liệu phổ biến sản xuất mask Nó có độ rẻ dễ gia cơng Tuy nhiên, soda-lime glass có hạn chế việc truyền ánh sáng UV, nên thường sử dụng cho ứng dụng không yêu cầu phổ UV rộng - Chrome: Chrome vật liệu sử dụng rộng rãi việc tạo mask lithography Đặc tính quang học chrome làm cho phù hợp để tạo mẫu mơ xác Chrome có khả chịu nhiệt độ cao dễ gia công - : Silicide (chẳng hạn tungsten silicide) vật liệu sử dụng ứng dụng lithography cao cấp Silicide có khả chịu nhiệt đặc tính phản xạ tốt, giúp tăng độ xác độ phân giải mask - Chalcogenides: Chalcogenides (chẳng hạn As2S3, GeSbTe) vật liệu có tính khúc xạ cao sử dụng số ứng dụng mask quang học đặc biệt, mask phân giải cao mask thể tích - Các vật liệu mask chọn dựa yêu cầu cụ thể ứng dụng, bao gồm khả chịu nhiệt, khả truyền ánh sáng, độ ổn định tính gia cơng Sự phát triển vật liệu mask tiếp tục mở hội cho ứng dụng quang học công nghệ điện tử tương lai Nguyên lý hoạt động mask: 3.1 Các nguyên lý quang học liên quan đến mask, chẳng hạn khúc xạ, tán xạ, phản xạ lăng kính - Các nguyên lý quang học liên quan đến mask bao gồm khúc xạ, tán xạ, phản xạ lăng kính Dưới mơ tả ngắn nguyên lý này: - Sự khúc xạ: Sự khúc xạ tượng tượng chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột qua mặt phân cách hai môi trường truyền ánh sáng Khi mask gặp ánh sáng, khúc xạ sử dụng để điều chỉnh hướng tập trung ánh sáng vào điểm khu vực định - Sự tán xạ: Sự tán xạ tượng ánh sáng gặp phải rắn, chất lỏng khí có kích thước nhỏ bị phân tán nhiều hướng khác Khi mask có tính chất tán xạ, sử dụng để làm mờ phân tán ánh sáng tạo hiệu ứng quang học đặc biệt - Sự phản xạ: Sự phản xạ tượng ánh sáng gặp bề mặt bị phản xạ lại Có hai loại phản xạ phản xạ phẳng phản xạ gương Phản xạ phẳng xảy ánh sáng bị phản xạ đối xứng so với mặt phẳng bề mặt, phản xạ gương xảy ánh sáng bị phản xạ cách rõ rệt giữ nguyên hướng ban đầu - Lăng kính: Lăng kính cấu trúc quang học có khả chuyển đổi điều chỉnh hướng ánh sáng Khi mask có tính chất lăng kính, sử dụng để tập trung, phân tán chuyển đổi hướng ánh sáng theo cách đặc biệt Lăng kính mask có hình dạng cong, phân chia ánh sáng thành góc khác tạo hiệu ứng quang học độ 3.2 Các cơng nghệ quy trình sản xuất mask, bao gồm cách thiết kế, gia cơng đánh bóng - Thiết kế mask: Quá trình thiết kế mask bắt đầu việc tạo mơ hình kỹ thuật vẽ CAD (Computer-Aided Design) mask Đây giai đoạn quan trọng để xác định kích thước, hình dạng cấu trúc mask - Gia công vật liệu bản: Mask thường sản xuất từ vật liệu thủy tinh silicon Quy trình gia công bao gồm: - Cắt: Vật liệu cắt thành kích thước hình dạng mong muốn sử dụng cơng cụ cắt xác máy cắt CNC (Computer Numerical Control) laser - Gia công bề mặt: Bề mặt mask gia công để đạt độ mịn xác Các quy trình mài, mài bóng phủ lớp phủ bảo vệ thực - Áp phích cơng nghệ mask: Sau gia cơng vật liệu bản, quy trình áp phích cơng nghệ mask thực Đây trình tạo mẫu mô bước mạch điện tử bề mặt mask Các cơng nghệ áp phích mask bao gồm: - Photolithography: Đây quy trình sản xuất mask Nó bao gồm sử dụng lớp photoresist (chất nhạy sáng) áp lên mask, sau sử dụng khuếch tán ánh sáng mẫu mặt phẳng (chứa mạch điện tử) để tạo mơ hình mơ mask - Ép kính: Kỹ thuật ép kính sử dụng để bảo vệ bề mặt mask cung cấp tính xác Mask đặt hai lớp kính mỏng, sau ép nén kết hợp lại - Kiểm tra đánh giá: Sau hồn thành gia cơng mask, q trình kiểm tra đánh giá thực để đảm bảo chất lượng độ xác mask Các thử nghiệm phép đo quang học hình học thực để xác minh mask đáp ứng yêu cầu 4, Ứng dụng mask quang học 4.1 Các ứng dụng mask hệ thống quang học, viễn thám, cơng nghệ hình, máy quét lĩnh vực khác - Hệ thống quang học: Mask sử dụng để điều chỉnh, chặn hướng ánh sáng hệ thống quang học Các ứng dụng bao gồm: - Các hệ thống phân tán ánh sáng: Mask sử dụng để tạo mẫu mô để phân tán ánh sáng theo mơ hình định, mạng khe, mạng đen, biểu đồ khác - Hệ thống tập trung ánh sáng: Mask sử dụng để tập trung ánh sáng vào vị trí định, ống kính, hệ thống thu phát tín hiệu quang, hay thiết bị quang học khác - Viễn thám: Mask có vai trò quan trọng hệ thống viễn thám quan sát từ xa Các ứng dụng bao gồm: - Các hệ thống quan sát không gian: Mask sử dụng để chặn ánh sáng mặt trời nguồn sáng ngoại vi khác để đảm bảo chất lượng hình ảnh bảo vệ cảm biến quang học - Các hệ thống quan sát từ xa: Mask sử dụng thiết bị ống nhòm, máy ảnh, thiết bị ghi hình để kiểm sốt chênh lệch ánh sáng đảm bảo chất lượng hình ảnh - Cơng nghệ hình: Mask sử dụng trình sản xuất loại hình hiển thị, bao gồm: +Màn hình LCD (Liquid Crystal Display): Mask sử dụng để tạo mẫu mô điều chỉnh ánh sáng trình sản xuất lớp chất lỏng thông qua cấu trúc lỏng tinh thể + Màn hình OLED (Organic Light Emitting Diode): Mask sử dụng để tạo mẫu mô định hình ánh sáng trình sản xuất lớp hữu + Máy quét: Mask sử dụng công nghệ quét nhận dạng, bao gồm: + Máy quét ảnh: Mask sử dụng để tạo mẫu mơ định hình ánh sáng q trình qt ảnh 4.2 Các ví dụ cụ thể việc sử dụng mask ứng dụng thực tế - Công nghệ chế tạo vi mạch (Semiconductor Manufacturing): Trong trình sản xuất vi mạch chip điện tử, mask sử dụng trình lithography để tạo mẫu mô wafer (đĩa mỏng) cách chiếu ánh sáng qua mask Các mẫu mô xác định cấu trúc đường dẫn điện tử chip - Công nghệ mô quang (Optical Simulation): Mask sử dụng trình mô quang để tạo mẫu mô ánh sáng thiết bị quang học, chẳng hạn kính viễn vọng, ống nhịm, hay hệ thống giao thoa - Công nghệ hiển thị (Display Technology): Trong trình sản xuất hình LCD OLED - Cơng nghệ in ấn (Printing Technology): Mask sử dụng quy trình in ấn xác, chẳng hạn in chất lượng cao bề mặt vật liệu giấy, nhựa kim loại - Công nghệ quét nhận dạng (Scanning and Imaging Technology): Trong thiết bị máy quét ảnh, máy quét vân tay, thiết bị quét khác, mask sử dụng để tạo mẫu mô điều chỉnh ánh sáng, giúp thu thập thơng tin xác tạo hình ảnh chất lượng cao - Những ví dụ số nhiều ứng dụng mask thực tế, mask đóng vai trị quan trọng việc tạo Phần III ĐỘ PHÂN GIẢI, SAI SỐ CHẾ TẠO CỦA CÁC TIẾN TRÌNH SẢN XUẤT VI MẠCH HIỆN ĐẠI Độ phân giải - Ngày xưa: Bóng bán dẫn (transitor) gọi planar hay MOSFET, tạm dịch bóng bán dẫn dạng phẳng, dùng phổ biến chip sản xuất với dây chuyền từ 32nm trở trước Các thành phần transitor planar bao gồm: + Gate (G): cực cổng, áp điện vào kiểm sốt dịng điện chạy Source Drain Cực cách ly hồn tồn với phần cịn lại bóng bán dẫn nhờ lớp điện mơi cực mỏng có độ cách điện lớn (SiO2) Trong hình trên, Gate Oxide + Source (S): cực nguồn + Drain (D): cực máng, dùng để nhận hạt electron mang điện từ cực nguồn sang + Substrate: lớp chất - Ngày nay: Các nhà sản xuất chip ln cố gắng tăng số lượng bóng bán dẫn chip để chip xử lý cơng việc nhanh chóng Điện thoại, laptop, thiết bị IoT, smartwatch… ngày nhỏ nên việc tăng kích thước chip để tăng số bóng bán dẫn khơng thể, nên họ chọn cách thu nhỏ bóng bán dẫn để tăng số bóng đơn vị diện tích Một cơng nghệ sinh ra, gọi FinFET, nhìn vào hình bên Khơng bóng bán dẫn planar vốn có cực source cực drain nằm phẳng, bóng bán dẫn FinFET dựng nên cấu trúc chiều Cấu trúc bao gồm việc dựng cực source cực drain lên với hình dạng giống vây (nên gọi “fin” tiếng Anh), cực gate với lớp gate oxide (là lớp màu xanh dương sáng) bọc xung quanh 1.1 Lợi ích việc gì? Về mặt tiêu thụ điện, cấu trúc FinFET, cực cổng với lớp oxide bọc source drain từ hướng nên chặn việc rị rỉ electron ngồi Trong đó, bóng bán dẫn planar lớp oxide chặn hướng mà thơi Nói cách khác, điện rò rỉ nên việc đổi trạng thái từ Off sang On tiêu thụ điện Như thời gian dùng pin cải thiện Nếu so với dây chuyền 28nm trước Samsung, dây chuyền 8nm FinFET hãng cần 26% lượng điện để đổi trạng thái Off sang On Về mặt hiệu năng, bóng bán dẫn planar, electron từ S → D bề mặt nằm cổng Trong đó, bóng bán dẫn FinFET, electron qua bề mặt nên nhiều electron dịch chuyển hơn, cho phép FinFET tạo hiệu tính tốn cao Chưa hết, khoảng cách gate length ngắn có nghĩa electron tốn thời gian để di chuyển, transitor đổi trạng thái On Off nhanh hơn, từ giúp cho hiệu tăng lên - Tóm lại, số nm có nghĩa ngày nay? Hiện nay, dây chuyền 14nm trở xuống dùng công nghệ FinFET Dây chuyền 14nm, 10nm, 7nm Intel, Samsung, TSMC tới 6nm… dùng FinFET hết Tuy nhiên, lúc số 14nm, 10nm, 7nm… khơng cịn đại diện cho gate length kiến trúc chip dựng lên thành chiều rồi, khơng cịn dạng phẳng chiều transitor planar nên đo gate length Con số 14nm, 10nm, 7nm… có ý nghĩa mặt marketing, giúp hãng quảng bá chip họ “thế hệ” Số nhỏ người tiêu dùng nghĩ xịn, giúp hãng cạnh tranh tốt so với đối thủ Tuy nhiên, dây chuyền công nghệ nhà sản xuất lại khác nhau, nên việc so sánh trực tiếp số khơng hồn tồn xác Ví dụ, theo Wikichip: + Mật độ bóng bán dẫn chip Intel 10nm 100,8 MTr/mm2 (số có nghĩa milimet vng có 100,8 triệu transitor) + Mật độ bóng bán dẫn chip TSMC 7nm 96,49 MTr/mm2 + Mật độ bóng bán dẫn chip Samsung 7nm 95,3 MTr/mm2 Bạn thấy so với mật độ chip 10nm Intel chí cao so với chip 7nm Samsung TSMC, nhiên số chênh lệch không nhiều Thế nên bạn nghe vụ chip Intel 10nm tương đương với chip 7nm TSMC lý Dù vậy, Intel thật gặp khó khăn việc cải tiến quy trình sản xuất Dây chuyền 10nm họ bị dời vài lần khó khăn liên quan tới sản lượng lỗi kĩ thuật phát sinh vận hành Tới năm 2020 dây chuyền