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【科普贴】从沙子到颗粒的蜕变

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Essence 发表于 2013-1-14 19:24 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
点击数:14751|回复数:43
本帖最后由 Essence 于 2013-1-15 08:23 编辑

上一篇中介绍了闪存的历史与类型,那么闪存颗粒是如何被制造出来的呢?

第一阶段:沙子熔炼单晶硅

沙子:脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25%的硅元素,以二氧化硅SiO2的形式存在,这也是半导体制造产业的基础。

硅熔炼:硅净化熔炼成大晶体。通过多次净化后达到半导体制造需求的电子级硅,平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。

单晶硅锭:最后得到纯度99.9999%的单晶硅锭。

第二阶段:硅锭切割成晶圆

硅锭切割:将硅锭横向切割成单个硅片,也就是我们常说的晶圆(Wafer)。因为是类圆柱体切割,横截面自然就是圆形了。

晶圆:切割出来的晶圆经过抛光后表面像镜面一样完美。现在的晶圆多为300毫米(12英寸)。

第三阶段:光刻


IMFT内的光刻室


操作间的无尘控制标准比医院手术室还要干净100倍!


晶圆光刻时做掩膜



在300mm晶圆上采用25nm技术光刻出的NAND闪存芯片



25nm制程NAND闪存芯片,单个长方形为2GB,单个Die是8GB


关于光刻技术,本站网友Asuka曾经有过介绍:
http://bbs.pceva.com.cn/thread-45031-1-1.html
http://bbs.pceva.com.cn/thread-45759-1-1.html

第四阶段:检测与封装

晶圆光刻完成之后,需要进行测试后进行封装,封装成为颗粒才能使用在SSD等各种设备上。

一片晶圆在出厂之前经由测试分类出好的晶粒(Good Die)和不良品(Ink Die)。

关于Ink Die的起源是这样的,以往封装设备还没有自动化的时候,需要人工在不良品上点上墨点作为标记,所以后来不良品就被成为Ink Die。

封装设备和技术进步以后,晶圆的测试会以坐标的方式区分Good Die和Ink Die,记录下来的资料就叫Mapping。



封测厂根据Mapping把Good Die取下来封装成颗粒,对于Flash来说有以下几种封装类型:
TSOP II:类似于DRAM 4Mx16,2001年以前的小容量多是这种封装
TSOP I:Thin Small Out-line Package,48脚封装
BGA:Ball Grid Array,常见有100/132/136/152 Ball
LGA:Land Grid Array,Apple产品应用倡导的封装形式。

DBG(DICING BEFORE GRINDING)晶圆封装工艺流程示意图:


通过了测试的颗粒使用激光蚀刻打上原厂标:



采用了Intel ME2颗粒的金士顿HyperX 120G


从沙子熔炼到单晶硅,切割成晶圆,再通过光刻、测试封装成颗粒,一道道工序后留下的良好品质的颗粒,再搭配设计合理的主控,才能成为最终到达我们手中的值得信赖的SSD。


文中引用了Sumesis、Asuka和emil20001的一些资料,在此一并表示感谢。

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wto 发表于 2013-1-15 08:38 | 只看该作者
地上沙子一大堆,但是要变成颗粒真是不容易,大开眼界了
3#
CHN 发表于 2013-1-15 08:53 | 只看该作者
光刻那一步都做了些什么呢?
4#
lzf19750908 发表于 2013-1-15 09:38 | 只看该作者
开眼界了
5#
ggxuelei 发表于 2013-1-15 10:14 | 只看该作者
CHN 发表于 2013-1-15 08:53
光刻那一步都做了些什么呢?

我理解光刻就是在做电路的步骤了。看Asuka的文章,现在的晶体管其实已经没有管了,就是一些等效电路的堆叠。
6#
ggxuelei 发表于 2013-1-15 10:16 | 只看该作者
现在最激进的推进摩尔定律的并非是CPU、GPU之类的MPU,而是Flash Memory,因为这真是一个单纯的领域啊,完全重复性的单元,越多越好,一个带Floating Gate的简单晶体管结构,没了


Asuka这篇文章很不错,推荐大家看看:http://bbs.pceva.com.cn/thread-78568-1-1.html
7#
krest 发表于 2013-1-15 10:20 | 只看该作者
不简单,精益求精,最后才能出好产品
8#
oppo 发表于 2013-1-15 10:28 | 只看该作者
为什么闪存的制程和CPU的制程数字总是有点区别呢?
比如前一段Intel的NAND是25nm,CPU是22nm,数字不一样?制造CPU和制造NAND时,光刻和光刻前的步骤不同吗?
@Asuka @Sumesis
9#
Sumesis 发表于 2013-1-15 10:52 | 只看该作者
CHN 发表于 2013-1-15 08:53
光刻那一步都做了些什么呢?

在壘晶的表面上,蝕刻掉不要的部位留下有用的線路,現在的方式是黃光顯影,
但是制程越往下做,顯影設備的投入成本越高,技術門檻也越難跨越,還有良率的問題,
到了19/20nm以後,制程的微縮帶來的不一定是成本的降低!
10#
Asuka 发表于 2013-1-15 11:12 | 只看该作者
oppo 发表于 2013-1-15 10:28
为什么闪存的制程和CPU的制程数字总是有点区别呢?
比如前一段Intel的NAND是25nm,CPU是22nm,数字不一样? ...

嗯  有差    GGX引用的我的那篇裏面有寫到ITRS的標準
對於NAND等flash和DRAM以及以CPU、GPU為代表的MPU的規範本就是不同的,因為加工難度相差很多。

真的按規矩來    MPU比Flash要難很多,所以數字會差很多才對

但是我在我的第一篇小講座里就講了,Intel是淫特兒嘛,他說第一,誰敢說第二,所以他標注CPU的制程數字,其實和ITRS的規範相差甚遠,小非常多,其實并不可信,而Flash的標注,查表看來基本是差不多的,沒有水分。

所以你才會覺得奇怪   明明都是一樣的事情,為啥NAND DRAM MPU都各自差距那麼大。
11#
Scofield 发表于 2013-1-15 12:08 | 只看该作者
激光打标的那图真帅
12#
Tommy1992 发表于 2013-1-15 12:33 | 只看该作者
原来如此,谢谢普知
13#
djsgd 发表于 2013-1-15 13:38 | 只看该作者
真高科技  难怪中国没有生产NAND的企业
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Sumesis 发表于 2013-1-15 14:42 | 只看该作者
djsgd 发表于 2013-1-15 13:38
真高科技  难怪中国没有生产NAND的企业

有的,上海中芯半導體SMIC,但是產出的量不多,制程也比較落後,主要以小容量為主,
2Gbit可能是最大宗,主要是缺乏核心枝術和大規模的研發資本,市場需求不是問題!
15#
ggxuelei 发表于 2013-1-15 15:38 | 只看该作者
SMIC的官网上他的制程还在40nm级...不过看Asuka的文章,感觉这40nm也不一定就能代工所有产品的,还得有各种经验
16#
perfect888 发表于 2013-1-15 15:43 | 只看该作者
看到影驰120G降到499了,不过考虑了下口碑,感觉还是金士顿V+200更靠谱
17#
GoGoGo 发表于 2013-1-15 20:21 | 只看该作者
感觉光刻就是在做一个微小的印刷电路板,然后这个小电路板又被放到了大电路板上。。
18#
Asuka 发表于 2013-1-15 20:33 发自PCEVA移动客户端 | 只看该作者
本帖最后由 Asuka 于 2013-1-15 20:37 编辑
ggxuelei 发表于 2013-1-15 15:38
SMIC的官网上他的制程还在40nm级...不过看Asuka的文章,感觉这40nm也不一定就能代工所有产品的,还得有各种 ...


嗯  有道理的   工艺水平应该是可以有   更多是与设备相关    但真的制造   涉及的东西就会多很多   
可以这么说   工艺水平  台积电淫特儿差不太多   但是device   layout水平就差多了。别看因特尔现在风头不剩,但科技真的很火星。ヽ(´ー`)ノ
19#
djsgd 发表于 2013-1-15 22:21 | 只看该作者
Sumesis 发表于 2013-1-15 14:42
有的,上海中芯半導體SMIC,但是產出的量不多,制程也比較落後,主要以小容量為主,
2Gbit可能是最大宗,主要是 ...

哦   这样啊   又长知识啦  
20#
GoGoGo 发表于 2013-1-16 09:33 | 只看该作者
制作U盘的NAND颗粒和SSD的颗粒是同一块晶圆上取下的吧?
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