Как изготавливается ОЗУ?

Вы когда-нибудь задавались вопросом, из чего изготавливается ОЗУ и как производится память? Мы можем подробно рассказать вам о строго регламентированном процессе производства высококачественной памяти в нашей компании.

Существуют разные типы памяти, но все они изготавливаются одинаково. Подробнее о свойствах различных типов памяти читайте здесь. Подробнее о различных типах серверной памяти читайте здесь.

Часть I. От кремния до готовой полупроводниковой пластины

Микросхемы памяти — это интегральные схемы с различными транзисторами, резисторами и конденсаторами, которые должны быть сформированы на каждой микросхеме. Эти интегральные схемы в самом начале представляют собой кремний, который обычно извлекается из песка. Превращение кремния в микросхемы памяти — это очень точная, тщательная процедура, требующая участия инженеров, металлургов, химиков и физиков. Память производится на большом объекте под названием fab (предприятие по производству интегральных схем), который содержит множество чистых помещений. Микросхемы полупроводниковой памяти производятся в чистых помещениях, потому что схема настолько мала, что даже крошечные кусочки пыли могут повредить ее. Основной объект Micron находится в Бойсе, штат Айдахо, и занимает более 1,8 миллиона квадратных футов. Его помещениям был присвоен класс 1 и класс 10 по уровню чисты. В чистом помещении класса 1 есть не более 1 частицы пыли в кубическом футе воздуха. Для сравнения, чистая современная больница имеет около 10 000 частиц пыли на кубический фут воздуха. Воздух внутри чистой комнаты фильтруется и циркулирует непрерывно. Члены производственной команды носят специальные головные уборы, халаты и маски, которые помогают сохранить воздух чистым.

Член производственной команды Micron носит специальный головной убор, халат и маску для поддержания чистоты в помещении

Шаг 1. Кремниевые слитки

Первым шагом трансформации кремния в интегральную схему является создание чистого, монокристаллического цилиндра, или слитка, который сделан из кремния и имеет размер 330 миллиметров в диаметре. После этого кремниевые слитки нарезаются на тонкие высокополированные полупроводниковые пластины толщиной менее шести миллиметров. Элементы микросхемы (транзисторы, резисторы и конденсаторы) затем монтируются слоями на кремниевой полупроводниковой пластине. Затем создаются схемы, проверяемые с помощью моделирования и совершенствуемые с помощью компьютерных систем. После завершения этого процесса изготавливаются стеклянные фотомаски — одна маска на каждый слой схемы. Фотомаски представляют собой непрозрачные пластины с отверстиями или прозрачными участками, которые позволяют свету просачиваться по определенной схеме, и эти маски необходимы для следующего этапа производственного процесса — фотолитографии.

Шаг 2. Фотолитография

В среде стерильных чистых помещений полупроводниковые пластины подвергаются многоступенчатому фотолитографическому процессу, который повторяется один раз для каждой маски, требуемой схемой. Маски используются (а) для определения различных компонентов транзистора, конденсатора, резистора или разъема, которые завершат интегральную схему, и (б) для определения шаблона схемы для каждого слоя, на котором изготавливается устройство. В начале производственного процесса кремниевые полупроводниковые пластины покрываются тонким слоем стекла, а затем нитридным слоем. Стеклянный слой формируется путем взаимодействия кремниевой полупроводниковой пластины с кислородом при температурах 900 градусов Цельсия в течение часа или более в зависимости от того, насколько толстым должен быть слой. Стекло (диоксид кремния) образуется, когда кремниевый материал в пластине подвергается воздействию кислорода. При высоких температурах эта химическая реакция (называемая окислением) происходит очень быстро.

Полупроводниковая пластина подвергается фотолитографическому процессу

Шаг 3. Фоторезист

Затем пластину равномерно покрывают толстой светочувствительной жидкостью, называемой фоторезистом. Части полупроводниковой пластины выбираются для экспозиции, тщательно выравнивая маску между источником ультрафиолетового света и пластиной. В прозрачных областях маски свет проходит и обнажает фоторезист. Под воздействием ультрафиолетового излучения фоторезист подвергается химическому изменению, что позволяет раствору проявителя удалять экспонированный фоторезист и оставлять не подвергнутую воздействию часть на полупроводниковой пластине. Для каждой маски схемы процесс фотолитографии/нанесения фоторезиста повторяется.

Шаг 4. Протравливание

На стадии травления влажный кислотный или плазменный сухой газ помещают на пластину для удаления части нитридного слоя, который не защищен закаленным фоторезистом. Это оставляет характерный узор нитрида на полупроводниковой пластине в точном дизайне маски. Когда затвердевший фоторезист удален (очищен) другим химическим веществом, на пластине могут быть выгравированы сотни микросхем памяти.

Часть II. Нанесение материалов на полупроводниковую пластину и завершение схемы

В первой части производственного процесса изготавливаются все элементы схемы (транзисторы, резисторы и конденсаторы). На следующих этапах все эти компоненты соединяются вместе, создавая слоистую конструкцию.

Шаг 5. Нанесение алюминия

Чтобы начать соединение компонентов схемы, на полупроводниковую пластину наносится изолирующий слой стекла (называемый BPSG), а контактная маска используется для определения точек контакта (или окон) каждого из элементов схемы. После того, как контактные окна вытравлены, в распылительной камере вся полупроводниковая пластина покрывается тонким слоем алюминия. Когда металлическая маска наносится на алюминиевый слой, образуется сеть тонких металлических соединений или проводов, создающих путь для схемы.

Шаг 6. Пассивация

Затем всю пластину покрывают изолирующим слоем стекла и нитрида кремния, чтобы защитить ее от загрязнения во время сборки. Это защитное покрытие называется пассивирующим слоем. Затем происходит маскирование и протравливание пассивации, в результате чего материал удаляется с терминалов, называемых контактными площадками. Теперь свободные контактные площадки используются для электрического соединения матрицы с металлическими штифтами на пластмассовой или керамической упаковке — вот и готова интегральная схема. Перед тем, как полупроводниковая пластина будет отправлена на сборку матрицы, проводится проверка каждой интегральной схемы на пластине. Определяются функциональные и нефункциональные микросхемы, и информация о них помещается в файл данных компьютера. Затем с помощью алмазного резца полупроводниковая пластина разрезается на отдельные микросхемы. Нерабочие микросхемы отбрасываются, а остальные переходят к следующему этапу — сборке. Эти отдельные микросхемы называются матрицами. Перед тем, как матрица помещается в капсулу, она монтируются на выводные рамки, на которых тонкие золотые провода соединяют контактные площадки матрицы с рамками, создавая «электрический путь» между матрицей и контактными выводами.

Тонкие золотые провода соединяют контактные площадки матриц с рамками в рамках процесса производства памяти

Часть III. Подготовка матрицы и испытания

В части II производственного процесса была создана интегральная схема, а готовая полупроводниковая пластина была разрезана на матрицы. На следующих этапах матрица подготавливается к помещению в модуль.

Шаг 7. Инкапсуляция

Во время инкапсуляции выводные рамки помещаются на формовочные плиты и нагреваются. Расплавленный пластик прижимается к каждой матрице для формирования ее индивидуальной упаковки. Форма открывается, и выводные рамки выдавливаются и очищаются.

Шаг 8. Гальваностегия

Гальваностегия является следующим этапом, на котором инкапсулированные выводные рамки "заряжаются" при погружении в раствор олова и свинца. Здесь ионы олова и свинца притягиваются к электрически заряженной выводной рамке, что приводит к образованию однородного осадка с покрытием, увеличивая проводимость матрицы и обеспечивая чистоту поверхности для монтирования матрицы.

Шаг 9. Обрезка и формовка

На этапе обрезки и формовки выводные рамки загружаются в машины для резки и формовки, где формируются провода, а затем микросхемы отделяются от рамок. Отдельные микросхемы затем помещаются в антистатические трубы для обработки и транспортировки в тестовую зону для окончательного тестирования.

Шаг 10. Отбраковочные испытания

При отбраковочных испытаниях каждая микросхема проверяется на предмет производительности в условиях ускоренного напряжения. Отбраковочные испытания — неотъемлемый этап производства, отвечающий за надежность модуля. С помощью тестирования модулей в условиях повышенной нагрузки мы можем отбраковать несколько модулей в каждой партии, которые могут выйти из строя при минимальном использовании. Для проведения отбраковочных испытаний мы используем ведущие в отрасли печи AMBYX, разработанные нашими инженерами специально для такого рода тестирования. После того, как микросхемы проходят отбраковочное тестирование, они проверяются, герметизируются и готовятся к сборке.

Шаг 11. Изготовление и сборка печатных плат

Когда микросхемы готовы, их нужно каким-то образом соединить с материнской платой вашего компьютера. Печатная плата (PCB) решает эту проблему, предоставляя возможность подключения микросхем к материнской плате. Для этого микросхемы крепятся на печатную плату (PCB), и в конечном итоге получается готовое изделие — модуль памяти. Печатные платы встроены в массивы или листы, которые состоят из нескольких одинаковых плат. После сборки массив разделяется на отдельные модули подобно тому, как шоколадная плитка может быть разбита на более мелкие квадраты. Меняя общее количество печатных плат на массив в зависимости от их размера, компании Micron удается использовать сырье максимально эффективно.

Во время процесса производства памяти на каждой микросхеме памяти лазером наносится идентификационный код

Часть IV. Сборка модуля

В части III производственного процесса происходит подготовка матрицы и печатной платы, которые затем собираются в модуль памяти. Заключительные шаги производства модуля представляют собой сборку готового изделия.

Шаг 12. Трафаретный оттиск

Когда дизайн модуля завершен и все платы изготовлены, начинается сборка модуля памяти! Сборка представляет собой замысловатый процесс пайки, которая прикрепляет микросхемы памяти к плате. Это начинается с трафаретного оттиска. При трафаретном оттиске трафарет используется для помещения паяльной пасты на готовую плату. Паяльная паста — это липкое вещество, используемое для крепления микросхем к плате. Использование трафарета гарантирует, что паяльная паста будет помещена только в те места, где будут прикреплены компоненты (микросхемы). Точки склеивания легко найти благодаря фидуциалам — меткам на плате, которые определяют, где нужно размещать микросхемы. После нанесения паяльной пасты автоматизированное оборудование «pick and place» сканируют фидуциалы, чтобы определить, где на плате размещать микросхемы. Машины «pick and place» запрограммированы на то, чтобы распознавать, куда нужно помещать микросхемы, поэтому, когда машина выбирает микросхему из фидера и размещает ее на плате, она точно знает, куда ее потом поместить. В процессе размещения микросхем все оставшиеся компоненты будут помещены на свои места. Из всех этапов производства памяти этот является самым быстрым: микросхемы размещаются на готовой плате всего за несколько секунд!

Машина выбирает микросхему из фидера и размещает ее на плате

Шаг 13. Пайка и крепление

Затем собранные микросхемы и платы проходят через печь. Тепло расплавляет паяльную пасту в жидкость. При охлаждении припой затвердевает и надежно скрепляет микросхемы памяти и печатную плату. Поверхностное натяжение расплавленного припоя предотвращает неправильное выравнивание микросхем во время этого процесса. После приклеивания микросхем массив разделяется на отдельные модули. Сотрудники Micron проводят визуальную проверку каждого модуля. Многие модули также проходят дополнительные проверки с использованием автоматизированного рентгеновского оборудования для подтверждения качества пайки всех соединений. Все модули памяти Micron соответствуют критериям приемки IPC-A-610 — общепринятого в мире стандарта.

Шаг 14. Проверка качества после сборки

Затем Micron проверяет и маркирует модули. Мы используем настраиваемое оборудование для автоматического тестирования производительности и функциональности изделий. Это устраняет любую возможность ошибочного помещения оператором неисправного модуля в партию, готовящуюся к отправке. Некоторые модули имеют "идентификационный код", который ваш компьютер распознает и считает.

Шаг 15. Отправка

Перед отправкой памяти производителям компьютеров и потребителям для окончательной проверки качества случайным образом выбирается статистически значимая часть готовых модулей. После подтверждения пригодности модули помещаются в пластиковые антистатические лотки и мешки и подготавливаются к отправке. После многоэтапного производственного процесса ваша память готова к использованию. Она прошла тщательную проверку и получила подтверждение качества! Подробнее о модулях памяти читайте здесь!


© Корпорация Micron Technology, Inc., 2018. Все права защищены. Продукты, их технические характеристики, а также информация о них могут быть изменены без уведомления. Crucial и Micron Technology, Inc. не несут ответственности за ошибки и неточности в текстовых или фотографических материалах. Micron, логотип Micron, Crucial и логотип Crucial являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Micron Technology, Inc. Все остальные товарные знаки и знаки обслуживания являются собственностью соответствующих владельцев.