チップの製造プロセスは複雑かつ精密で、主に次の手順が含まれます。

チップ設計

要件分析とアーキテクチャ設計: チップの機能、パフォーマンス、および電力消費の要件を定義し、チップ全体のアーキテクチャを設計します。これには、プロセッサ コア、ストレージ ユニット、通信インターフェイスなどのチップに含まれるモジュールと、それらの相互接続の決定が含まれます。

回路設計とロジック設計: 専門的な電子設計自動化 (EDA) ツールを使用して、トランジスタ レベルの回路図を含む詳細な回路とロジックの設計を行い、チップの機能を実現するための信号伝送、処理、および保存方法を決定します。

物理設計: ロジック設計を物理レイアウトに変換し、チップ上の各コンポーネントの特定の位置、形状、サイズ、およびそれらの相互接続を決定します。チップの面積、消費電力、放熱などの物理的要因も考慮され、チップのパフォーマンスと信頼性が最適化されます。

ウェーハ製造

材料の準備：チップ製造のベース材料は高純度単結晶シリコンであり、通常は石英砂から抽出され、複数のステップを経て精製され、より高い純度に達します。 より 99.9999% です。精製されたシリコンはシリコン棒に加工され、薄いウェーハにスライスされます。ウェーハの直径は通常、2 インチ、4 インチ、6 インチ、8 インチ、12 インチの範囲です。

フォトリソグラフィ: フォトリソグラフィは、チップ製造における中核プロセスの 1 つです。ウェーハ表面にフォトレジスト層を塗布し、フォトリソグラフィ装置を使用して設計の回路パターンをフォトレジスト層に投影します。フォトレジスト層は光にさらされると化学反応を起こします。次に、ウェーハを現像してエッチングし、回路パターンをウェーハに転写します。

エッチング: エッチングは、ウェーハ表面から不要な材料を除去して、精密な回路パターンを形成するために使用されます。エッチングには、化学溶液を使用するウェット エッチングと、プラズマまたはガスを使用するドライ エッチングの 2 種類があります。エッチングは、フォトリソグラフィーによって形成されたパターンをさらに洗練してシャープにし、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器などの小さな電子部品を作成します。

ドーピング: イオン注入または拡散により、リンやホウ素などの元素がシリコンに導入され、その電気伝導性が変化し、n 型および p 型の半導体が作成されます。これは、トランジスタやその他の重要なコンポーネントの構築に不可欠です。チップのパフォーマンスと信頼性を確保するには、ドーピングの濃度と深さを正確に制御する必要があります。

絶縁層堆積: 化学蒸着 (CVD) や物理蒸着 (PVD) などの技術を使用して、二酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁材料をウェーハ表面に堆積します。絶縁層は、異なる回路間の短絡を防ぎ、効率的な信号伝送を保証します。

メタライゼーション: アルミニウムや銅などの金属を蒸着やスパッタリングなどの方法でウェーハ上に堆積し、導電層を形成します。これらの金属層は回路コンポーネントを接続するために使用され、完全な回路システムを作成します。その後、フォトリソグラフィーとエッチングを使用して、金属層に必要な回路パターンを定義します。

チップ実装

ダイシング: 完成したウェーハは、通常はダイヤモンド工具またはレーザー切断技術を使用して、個々のチップにダイシングされます。各チップのサイズと性能が要件を満たすように、切断プロセスは高精度でなければなりません。

ダイアタッチ: ダイシングされたチップは、通常は銀ペーストまたはエポキシ樹脂を使用してパッケージ基板に取り付けられ、チップと基板間の適切な電気的接続と機械的固定が確保されます。

ワイヤボンディング: 金やアルミニウムなどの金属ワイヤを使用して、チップ上のピンをパッケージ基板上のピンに接続し、チップと外部回路間の電気接続を確立します。ボンディングの品質は、チップのパフォーマンスと信頼性に直接影響します。

カプセル化: ワイヤボンディング後、チップと基板を金型に入れ、プラスチック、セラミック、金属などのパッケージ材料を注入して最終パッケージを形成します。パッケージは、機械的振動、湿度、温度などの外部環境要因からチップを保護します。

チップテスト

ウェーハテスト: ウェーハ製造後、ウェーハ上の各チップは初期テストを受けます。通常は自動テスト装置 (ATE) を使用してチップの機能、性能、電気特性をチェックします。基準を満たさないチップはウェーハ段階でマークされ、廃棄されるため、コストが削減されます。.

最終テスト: チップがパッケージ化された後、機能テスト、パフォーマンス テスト、信頼性テストを含む包括的なテストが行​​われ、設計仕様と品質基準を満たしているかどうかが確認されます。最終テストはより厳格で、すべてのテストに合格したチップのみが適格製品として市場にリリースされます。