Zou ons leven een dag kunnen duren zonder halfgeleiders? Veel aspecten van ons dagelijks leven, waaronder smartphones, laptops, auto's, televisies en creditcards, zijn onlosmakelijk verbonden met halfgeleiders. Deze halfgeleiders hebben een diepgaande impact op ons leven. Dus, hoe worden ze gemaakt?

Als u enige basiskennis van halfgeleiders heeft, heeft u wellicht gehoord van de acht fundamentele halfgeleiderprocessen. Talrijke taken die nodig zijn voor de productie van halfgeleiders zijn onderverdeeld in acht basisprocessen, zoals aangegeven door de titel in de eerste afbeelding van ons artikel: "Acht fundamentele halfgeleiderprocessen."

Vandaag zullen we de eerste stap, "Wafer Manufacturing", bekijken. We zullen bespreken waar wafers, het kernmateriaal van geïntegreerde schakelingen, van zijn gemaakt en hoe ze worden vervaardigd.

Materialen die nodig zijn voor de productie van wafels

Voordat we beginnen, laten we een korte vraag stellen! Wat is de relatie tussen geïntegreerde halfgeleidercircuits en wafers? Een geïntegreerd circuit is een soort halfgeleiderchip die talloze elektrische componenten voor verschillende functies bevat. Geïntegreerde schakelingen worden vervaardigd door veel identieke schakelingen te creëren op een substraat dat een wafer wordt genoemd. Daarom vormen wafers de basis van halfgeleiders. Dit is vergelijkbaar met het maken van pizza: we maken eerst een deeg, zodat we later toppings kunnen toevoegen.

Wafels zijn ronde schijven gesneden uit siliciumwafels of andere elementen zoals galliumarsenide. De meeste wafers zijn gemaakt van silicium gewonnen uit zand.

Silicon Valley in de Verenigde Staten begon met de halfgeleiderindustrie en werd uiteindelijk het centrum van de mondiale software-industrie. Er wordt gemeld dat de naam een ​​combinatie is van de halfgeleidergrondstof "silicium" en de "vallei" van Santa Clara. De naam ‘Silicon Valley’ doet je misschien herinneren dat silicium een ​​essentiële grondstof is voor halfgeleiderwafels. Silicium is overvloedig aanwezig, is het meest voorkomende element in de natuur en heeft niet-giftige en milieuvriendelijke eigenschappen. Laten we samen eens kijken naar het productieproces van wafels!

Stap 1: Productie van siliciumstaven

Het uit zand gewonnen silicium moet een zuiveringsproces doorlopen voordat het kan worden gebruikt voor de productie van halfgeleiders. Het wordt verwarmd totdat het smelt tot een zeer zuivere vloeistof en vervolgens door kristallisatie stolt. De resulterende siliciumstaaf wordt een siliciumstaaf genoemd. Alleen blokken met een ultrahoge zuiverheid kunnen worden gebruikt in halfgeleiderprocessen, die een extreem hoge nauwkeurigheid tot op enkele nanometers vereisen.

Stap 2: Ingots snijden om dunne wafels te produceren

De vorm van de siliciumstaaf lijkt op een tol en wordt met scherpe diamantzaagbladen in gelijkmatig dikke cirkelvormige schijven, ook wel wafers genoemd, gesneden. De diameter van de staaf bepaalt de grootte van de wafel, zoals wafels van 150 mm (6 inch), 200 mm (8 inch) en 300 mm (12 inch). Dunnere wafels resulteren in lagere productiekosten, en grotere diameters maken het mogelijk dat een groter aantal halfgeleiderchips per wafel kan worden geproduceerd. Daarom worden wafers steeds dunner en groter.

Stap 3: Het wafeloppervlak slijpen en polijsten

De vers gesneden wafels moeten een bewerking ondergaan om een ​​gladde, spiegelachtige afwerking te verkrijgen. Het oppervlak van de vers gesneden wafer is ruw en bevat defecten, die een negatieve invloed kunnen hebben op de circuitnauwkeurigheid. Polijstvloeistoffen en polijstmachines worden gebruikt om het wafeloppervlak te polijsten.

Vóór verdere verwerking wordt de gepolijste wafel een kale wafel genoemd, wat aangeeft dat er nog geen chips op zijn vervaardigd. Na de fabricage van geïntegreerde schakelingen op de kale wafers met behulp van verschillende fysische en chemische processen, ziet de wafer er uiteindelijk uit als onderstaande afbeelding. Laten we samen eens kijken naar de namen van de verschillende delen van een wafel!

1. Wafeltje: Een ronde plaat (schijf) die dient als kernmateriaal voor halfgeleider-IC's.

2. de: Er zijn veel kleine vierkantjes op de wafel, en elk klein vierkantje wordt een dobbelsteen genoemd, de IC-chip van het geïntegreerde elektronische circuit.

3. Schrijflijn: De matrijzen lijken aan elkaar geplakt, maar er zitten feitelijk gaten tussen. Deze gaten worden kraslijnen genoemd. Het doel van kraslijnen is om elke chip na verwerking uit de wafer te snijden en deze tot chips samen te voegen. Door de afstand tussen de kraslijnen kan de diamantzaag de wafel veilig doorsnijden.

4. Vlakke zone: Dit gebied wordt geïntroduceerd om de waferstructuur te helpen identificeren en dient als referentielijn tijdens de waferverwerking. Omdat de kristalstructuur van de wafel zeer fijn is en niet met het blote oog kan worden beoordeeld, wordt deze vlakke zone gebruikt als referentie voor het bepalen van de verticale en horizontale richtingen van de wafel.

5. Inkeping: Onlangs zijn er wafels met inkepingen verschenen, ter vervanging van de vorige vlakke zones. Wafels met inkepingen zijn efficiënter dan die met vlakke zones, omdat ze meer spanen kunnen produceren.

De halfgeleiderindustrie is hoofdzakelijk verdeeld in de waferproductie-industrie, die wafers vervaardigt, en de productie-industrie (FAB), die circuits op de wafers ontwerpt en produceert. Daarnaast is er de verpakkingsindustrie, waar verwerkte wafels in chips worden gesneden en verpakt om vocht en fysieke schade te voorkomen.

Vandaag hebben we geïntroduceerd wat een wafel is, de namen van elk onderdeel van een wafel en hoe wafels worden vervaardigd. We hopen dat u deze reeks van acht fundamentele halfgeleiderprocessen interessant en nuttig vindt.