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光刻流程:从脑筋想到的芯片到你手上的芯片全流程(设计篇上)_光刻_掩膜

雨夜梧桐 2024-11-15 04:40:28 0

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第一次写材料物理,从小就没学好,一边学一边写的dbq(我知道很繁芜,由于我是从头到尾到一些中段(末端系列分支是真的多,写不得,写出来没个100w字出不来的)

光刻的基本流程

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实在就基本3个大类:IC设计,IC制造,IC封测

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(图片来自网络侵删)

IC设计,首先是电路设计(本日先纯挚讲这个)

一样平常来说一个芯片基本有一个紧张的需求,例如:处理(图像)(运算)或者纯挚的dram堆叠,

然后便是其spec了,spec实在便是哀求算是,例如我须要他在多少°的环境下运行,多大尺寸,运行多少频率,怎么定spec也是个学问,很繁芜,但是我不是这玩意的人我也母鸡,基本就分两种,前端和后端

这个原则上彷佛也算(草)

说白点便是

IC前端设计指逻辑设计

IC后端设计指物理设计

首先是前端了,先写一些RTL代码(例如硬件描述码),然后用一些eda软件把其synthesis,便是把软件转换成硬件能看懂的代码,天生netlist(便是网表)

后端再把这个netlist转换成实际的电路,像是画pcb一样,一些元器件摆好然后再用导线连接起来,末了设计成一个GDS file

后端设计基本都靠APR,便是Auto P/R,pr分别是摆放和绕线。
其设计基本分四个步骤,布局(floorplan),单元摆放(placement),CTS(时钟树综合 clock tree synthesis),绕线(route)

Floor:Floorplan便是布局方案,首先得确定这个芯片的面积,确定core的位置,die的尺寸,io的位置,cache的位置,bump的位置,有时候还得画powerplan,也便是电源方案,一样平常得在这时候画power gate,确定电压域

Place:然后便是Placement了,一样平常特指标准单元的摆放,其最主要的任务便是把一些cell库给摆放好,在place的时候,并不是单单把cell给放开罢了,还得顺带考虑绕线,把关系紧密的给摆放在一起,又不能太过于密集

(会导致密度过高,涌现拥堵,或者power不能上供电之类的奇奇怪怪的问题)

CTS:再便是时钟树综合(Clock tree synthesis(CTS)首先,一个芯片包括组合逻辑和时许逻辑,时许逻辑包括filp flop(触发器)和latch(门),还没写

然后便是最大略的绕线了,这也是最难的,大略是理解,难是操作

首先,不能有open/short,drc(设计规则检讨)而且如果在floor和place中,如果在floor的时候就少给了一些绕线资源,或者说在place摆了很多cell库在一个地方导致congestion,或者说你跑stage过了,全部runing,但是有些cell与cell的timing过长,那么还得重新跑

跑一次stage,猖獗debug,一想到早期工程师纯手工pr就非常佩服

末了还得做电源层

这些只是ic设计中的电路设计,做出来的东西叫做版图,GDS file,拿着GDS交给一些FAB,便是代工厂,比如tsmc啊,samsung/intel/GF之类

下面便是代工厂的事了

代工厂拿着GDS,做出相对付的光罩(mask)目前常用的便是mask,一种是倍缩光掩膜(reticle)一种是光掩膜(mask),当铬玻璃只能覆盖局部的Si晶圆,叫做倍缩光掩膜,基本放大5-10倍,反之,当铬玻璃图像能覆盖全体晶圆,就叫光罩(mask)

这便是reticle

光芒透过掩膜上的透光部分会发生衍射,光强会衍散到附件不透光的区域。
投影透镜网络这些光芒,会聚投影到晶圆表面成像。

做光罩有三大部分

首先是图像处理,FAB拿着GDS做出处理,首先会验证你的drc符不符合,再进行排版,并在切割道上添加tab自己的测试模块,比如偏移量丈量,各个层次的尺寸掌握,或者说wat测试单元之类

然后进行一个改动

OPC便是光学附近效应校正

OAI便是离轴照明技能,实在都是为了增加MTF值

再把这个数据提交给mask house(有些fab厂有maskhouse,如果没有就只能找mask shop去购买)输出就得到了mask这个光罩

掩模版有几种

Cr双级型掩膜(binary intensity mask(BIM),双级便是透光/不透光。
原材料基本都是铬基板,铬基板常日利用高纯度的石英玻璃所做成的,然后在Si板下镀一层700a的铬层,然后再在铬上一层氧化铬,浸染是增加铬与玻璃的粘附力,末了在铬膜下再镀一层光刻胶

MoSi双级型掩膜(opaque MoSi on glass(OMOG)

随着大数值孔径193i(na>=1)的光刻机引入,mask上的尺寸越来越小,若其挡光的CR越厚,光波与Cr的相互浸染就越强,就会导致曝光的最佳聚焦值随着图像尺寸发生偏移,这就叫做mask 3d效应

为了降落其效应,只能把cr越弄越薄,但是目前的bim已经薄到极限了,以是在32nm节点往后,只能用更高光密度(optical density(OD)的MoSi,其OD>=3)作为接管层(absorber)这就叫做MoSi双级掩膜

再新一点便是比如Ta的掩膜,叫ABF,没怎么理解

还有很多繁芜的掩膜工艺

下期便是FAB拿着光刻机和掩膜制作了.

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