även om en integrerad krets (IC), även känd som ett halvledarchip, kan lura dig med sin formfaktor i fingernagelstorlek, är den faktiskt packad med miljarder elektroniska komponenter-transistorer, dioder, motstånd och kondensatorer—som alla arbetar tillsammans för att utföra logiska operationer och lagra data.
Så, vad tar det för att tillverka denna typ av krets, frågar du?
tekniken bakom att konstruera en IC går långt utöver den enkla monteringen av enskilda komponenter. I själva verket är mikroskopiska kretsmönster byggda på flera lager av olika material, och först efter att dessa steg har upprepats några hundra gånger är chipet äntligen färdigt.
idag introducerar vi en ny serie som kommer att gå igenom hela tillverkningsprocessen för denna avancerade enhet, från råmaterialstadiet till den slutliga testningen av halvledarchipet. Serien kommer att bestå av åtta delar och kommer att publiceras varje vecka.
läs vidare för den första delen av serien, som introducerar ”duken” för integrerade kretsar, annars känd som kiselskivan.
vad är en skiva?
en skiva, även kallad en skiva, är en tunn, blank skiva av en kiselstav som skärs med specifika diametrar. De flesta skivor är gjorda av kisel extraherat från sand. Den största fördelen med att använda kisel är att den är rik på tillförsel, som är det vanligaste elementet i naturen, strax efter syre. Dess miljövänliga egenskaper är en extra bonus.
bygga en göt, grunden för skivor
När kisel har extraherats från sand måste det renas innan det kan användas. Först upphettas den tills den smälter in i en vätska med hög renhet och stelnar sedan till en kiselstav eller göt med vanliga odlingsmetoder som Czochralski (chokh-RAL-skee)-processen eller den flytande Zonprocessen.
slutar avskurna från kiselstavar eller göt
den populära Czochralski-metoden använder en liten bit fast kisel (frö) som placeras i ett bad av smält kisel eller polykristallint kisel och dras sedan långsamt i rotation när vätskan växer till en cylindrisk göt. Det är därför de färdiga skivorna är alla runda skivor.
ger ny mening till termen”wafer-thin”
innan den kyls helt, skärs de konformade ändarna av götet medan kroppen skivas i tunna skivor med enhetlig tjocklek med skarpa diamantsågblad. Detta förklarar varför en göts diameter i slutändan skulle bestämma storleken på en skiva. I de tidiga dagarna av halvledarindustrin var skivor bara tre tum i diameter. Sedan dess har wafers ökat i storlek, eftersom större wafers resulterar i fler chips och högre produktivitet. Den största skivdiametern som används i halvledartillverkning idag är 12 tum eller 300 mm.
utjämning av saker – lappnings-och poleringsprocessen
skivade skivor måste förberedas innan de är produktionsklara. Slipande kemikalier och maskiner polerar den ojämna ytan på skivan för en spegel-slät yta. Den felfria ytan tillåter kretsmönstren att skriva ut bättre på skivytan under litografiprocessen, som vi kommer att täcka i en senare inlägg.
Känn din skiva
varje del av en färdig skiva har ett annat namn och funktion. Låt oss gå över dem en efter en.
1. Chip: en liten bit kisel med elektroniska kretsmönster
2. Scribe Lines: tunna, icke-funktionella utrymmen mellan de funktionella bitarna, där en såg säkert kan klippa skivan utan att skada kretsarna
3. TEG (Testelementgrupp): ett prototypmönster som avslöjar de faktiska fysiska egenskaperna hos ett chip (transistorer, kondensatorer, motstånd, dioder och kretsar) så att det kan testas för att se om det fungerar korrekt
4. Edge Die: dies (chips) runt kanten av en skiva som anses vara produktionsförlust; större skivor skulle relativt ha mindre chipförlust
5. Platt zon: en kant av en skiva som är avskuren platt för att identifiera skivans orientering och typ