Obwohl ein integrierter Schaltkreis (IC), auch bekannt als Halbleiterchip, Sie mit seinem fingernagelgroßen Formfaktor täuschen kann, ist er tatsächlich mit Milliarden elektronischer Komponenten gefüllt – Transistoren, Dioden, widerstände und Kondensatoren — die alle zusammenarbeiten, um logische Operationen auszuführen und Daten zu speichern.
Also, was braucht es, um diese Art von Schaltung herzustellen, fragen Sie?
Die Technologie hinter der Entwicklung eines IC geht weit über die einfache Montage einzelner Komponenten hinaus. Tatsächlich werden mikroskopische Schaltungsmuster auf mehreren Schichten verschiedener Materialien aufgebaut, und erst nachdem diese Schritte einige hundert Mal wiederholt wurden, ist der Chip schließlich vollständig.
Heute stellen wir eine neue Serie vor, die Sie durch den gesamten Herstellungsprozess dieses fortschrittlichen Geräts führt, von der Rohstoffphase bis zur endgültigen Prüfung des Halbleiterchips. Die Serie besteht aus acht Teilen und erscheint wöchentlich.
Lesen Sie weiter für den ersten Teil der Serie, der die „Leinwand“ für integrierte Schaltungen, auch bekannt als Siliziumwafer, vorstellt.
Was ist ein Wafer?
Ein Wafer, auch Scheibe genannt, ist eine dünne, glänzende Scheibe eines Siliziumstabs, der mit bestimmten Durchmessern geschnitten wird. Die meisten Wafer bestehen aus Silizium, das aus Sand gewonnen wird. Der Hauptvorteil der Verwendung von Silizium besteht darin, dass es reich an Silizium ist und unmittelbar nach Sauerstoff das am häufigsten vorkommende Element in der Natur ist. Seine umweltfreundlichen Eigenschaften sind ein zusätzlicher Bonus.
Bau eines Ingots, der Grundlage für Wafer
Sobald Silizium aus Sand gewonnen wurde, muss es gereinigt werden, bevor es verwendet werden kann. Zuerst wird es erhitzt, bis es zu einer hochreinen Flüssigkeit schmilzt und dann unter Verwendung gängiger Wachstumsmethoden wie dem Czochralski-Verfahren (Chokh-RAL-skee) oder dem Floating Zone-Verfahren zu einem Siliziumstab oder -block erstarrt.
Enden abgeschnitten von silizium stangen, oder barren
Die beliebte Czochralski methode verwendet eine kleine stück von festen silizium (samen), die ist platziert in ein bad von geschmolzenem silizium, oder polykristalline silizium, und dann langsam gezogen in rotation als die flüssigkeit wächst in einen zylindrischen Barren. Deshalb sind die fertigen Wafer allesamt runde Scheiben.
Dem Begriff „hauchdünn“eine neue Bedeutung geben
Bevor er vollständig abgekühlt ist, werden die kegelförmigen Enden des Barrens abgeschnitten, während der Körper mit scharfen Diamantsägeblättern in dünne Scheiben einheitlicher Dicke geschnitten wird. Dies erklärt, warum der Durchmesser eines Ingots letztendlich die Größe eines Wafers bestimmen würde. In den frühen Tagen der Halbleiterindustrie hatten Wafer nur einen Durchmesser von drei Zoll. Seitdem wachsen Wafer an Größe, da größere Wafer zu mehr Chips und höherer Produktivität führen. Der größte Waferdurchmesser, der heute in der Halbleiterfertigung verwendet wird, beträgt 12 Zoll oder 300 mm.
Glättung – der Läpp- und Polierprozess
Geschnittene Wafer müssen vorbereitet werden, bevor sie produktionsbereit sind. Abrasive Chemikalien und Maschinen polieren die unebene Oberfläche des Wafers für eine spiegelglatte Oberfläche. Die makellose Oberfläche ermöglicht es, dass die Schaltungsmuster während des Lithografieprozesses besser auf der Waferoberfläche gedruckt werden, was wir in einem späteren Beitrag behandeln werden.
Kennen Sie Ihren Wafer
Jeder Teil eines fertigen Wafers hat einen anderen Namen und eine andere Funktion. Gehen wir sie nacheinander durch.
1. Chip: ein winziges Stück Silizium mit elektronischen Schaltungsmustern
2. Scribe Linien: dünne, nicht-funktionale räume zwischen den funktionellen stücke, wo eine säge kann sicher cut die wafer ohne beschädigung der schaltungen
3. TEG (Testelementgruppe): ein Prototypmuster, das die tatsächlichen physikalischen Eigenschaften eines Chips (Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Dioden und Schaltungen) aufzeigt, damit getestet werden kann, ob er ordnungsgemäß funktioniert
4. Rand sterben: stirbt (Chips) um den Rand eines Wafers als Produktionsverlust; größere Wafer würden relativ weniger Chipverlust haben
5. Flache Zone: Eine Kante eines Wafers, die flach abgeschnitten wird, um die Ausrichtung und den Typ des Wafers zu identifizieren