هل يمكن لحياتنا أن تستمر يومًا واحدًا بدون أشباه الموصلات؟ لا يمكن فصل العديد من جوانب حياتنا اليومية، بما في ذلك الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والسيارات وأجهزة التلفزيون وبطاقات الائتمان، عن أشباه الموصلات. هذه أشباه الموصلات لها تأثير عميق على حياتنا. إذن، كيف يتم صنعها؟

إذا كانت لديك بعض المعرفة الأساسية عن أشباه الموصلات، فربما تكون قد سمعت عن العمليات الثمانية الأساسية لأشباه الموصلات. تنقسم المهام العديدة المطلوبة لتصنيع أشباه الموصلات إلى ثماني عمليات أساسية، كما يشير العنوان في الصورة الأولى من مقالتنا: "ثماني عمليات أساسية لأشباه الموصلات".

اليوم، سنلقي نظرة على الخطوة الأولى، "تصنيع الويفر". سنناقش مما تصنع الرقائق، المادة الأساسية للدوائر المتكاملة، وكيفية تصنيعها.

المواد المطلوبة لتصنيع الويفر

قبل أن نبدأ، دعونا نطرح سؤالا موجزا! ما هي العلاقة بين الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات والرقائق؟ الدائرة المتكاملة هي نوع من شرائح أشباه الموصلات التي تحتوي على العديد من المكونات الكهربائية لمختلف الوظائف. يتم تصنيع الدوائر المتكاملة عن طريق إنشاء العديد من الدوائر المتطابقة على ركيزة تسمى الرقاقة. لذلك، الرقائق هي أساس أشباه الموصلات. وهذا يشبه صنع البيتزا، حيث نقوم بتحضير العجينة أولاً حتى نتمكن من إضافة الإضافات إليها لاحقًا.

الرقائق عبارة عن أقراص دائرية مقطوعة من رقائق السيليكون أو عناصر أخرى مثل زرنيخيد الغاليوم. معظم الرقائق مصنوعة من السيليكون المستخرج من الرمال.

بدأ وادي السيليكون في الولايات المتحدة بصناعة أشباه الموصلات، ليصبح في النهاية مركزًا لصناعة البرمجيات العالمية. ويذكر أن اسمها عبارة عن مزيج من المادة الخام لأشباه الموصلات "السيليكون" و"وادي" سانتا كلارا. قد يساعدك اسم "Silicon Valley" على تذكر أن السيليكون مادة خام أساسية لرقائق أشباه الموصلات. السيليكون متوفر بكثرة، وهو العنصر الأكثر وفرة في الطبيعة، وله خصائص غير سامة وصديقة للبيئة. دعونا نلقي نظرة على عملية تصنيع الرقاقات معًا!

الخطوة 1: تصنيع سبائك السيليكون

يحتاج السيليكون المستخرج من الرمال إلى عملية تنقية قبل استخدامه في تصنيع أشباه الموصلات. يتم تسخينه حتى يذوب في سائل عالي النقاء ثم يتم ترسيخه من خلال التبلور. ويسمى قضيب السيليكون الناتج سبيكة السيليكون. يمكن استخدام السبائك ذات النقاء العالي فقط في عمليات أشباه الموصلات، والتي تتطلب دقة عالية للغاية تصل إلى بضعة نانومترات.

الخطوة 2: قطع السبائك لإنتاج رقائق رقيقة

يشبه شكل سبيكة السيليكون الجزء العلوي الدوار، ويتم تقطيعها إلى أقراص دائرية سميكة بشكل موحد، تُعرف بالرقائق، باستخدام شفرات منشار ماسية حادة. يحدد قطر السبيكة حجم الرقاقة، مثل 150 مم (6 بوصة)، 200 مم (8 بوصة)، و300 مم (12 بوصة). تؤدي الرقائق الرقيقة إلى انخفاض تكاليف التصنيع، وتسمح الأقطار الأكبر بإنتاج عدد أكبر من رقائق أشباه الموصلات لكل رقاقة. ولذلك، أصبحت الرقائق أرق وأكبر بشكل متزايد.

الخطوة 3: طحن وتلميع سطح الرقاقة

تحتاج الرقائق المقطوعة حديثًا إلى الخضوع للمعالجة للحصول على لمسة نهائية ناعمة تشبه المرآة. سطح الرقاقة المقطوعة حديثًا خشن ويحتوي على عيوب يمكن أن يكون لها تأثير سلبي على دقة الدائرة. يتم استخدام سوائل التلميع وآلات التلميع لتلميع سطح الرقاقة.

قبل إجراء المزيد من المعالجة، يشار إلى الرقاقة المصقولة على أنها رقاقة عارية، مما يشير إلى أنه لم يتم تصنيع أي رقائق عليها بعد. بعد تصنيع الدوائر المتكاملة على الرقائق العارية باستخدام عمليات فيزيائية وكيميائية مختلفة، تبدو الرقاقة في النهاية مثل الصورة أدناه. دعونا نلقي نظرة على أسماء الأجزاء المختلفة من الرقاقة معًا!

1 رقاقة: لوحة دائرية (قرص) تعمل بمثابة المادة الأساسية للدوائر المرحلية لأشباه الموصلات.

2. ال: هناك العديد من المربعات الصغيرة على الرقاقة، ويسمى كل مربع صغير بالقالب، وهو عبارة عن شريحة IC للدائرة الإلكترونية المتكاملة.

3. خط الكاتب: يبدو أن القوالب ملتصقة ببعضها البعض، ولكن هناك في الواقع فجوات بينها. وتسمى هذه الفجوات خطوط الكاتب. الغرض من خطوط الكاتب هو قطع كل شريحة من الرقاقة بعد معالجتها وتجميعها في رقائق. إن التباعد بين خطوط الكاتب يسمح للمنشار الماسي بقطع الرقاقة بأمان.

4. المنطقة المسطحة: يتم تقديم هذه المنطقة للمساعدة في تحديد بنية الرقاقة وتكون بمثابة خط مرجعي أثناء معالجة الرقاقة. نظرًا لأن البنية البلورية للرقاقة دقيقة جدًا ولا يمكن الحكم عليها بالعين المجردة، يتم استخدام هذه المنطقة المسطحة كمرجع لتحديد الاتجاهين الرأسي والأفقي للرقاقة.

5. الشق: ظهرت مؤخرًا رقائق ذات شقوق لتحل محل المناطق المسطحة السابقة. تعتبر الرقائق ذات الشقوق أكثر كفاءة من تلك ذات المناطق المسطحة لأنها يمكن أن تنتج المزيد من الرقائق.

تنقسم صناعة أشباه الموصلات بشكل أساسي إلى صناعة تصنيع الرقائق، التي تصنع الرقائق، وصناعة التصنيع (FAB)، التي تصمم وتصنع الدوائر على الرقائق. هناك أيضًا صناعة التعبئة والتغليف، حيث يتم تقطيع الرقائق المعالجة إلى شرائح وتعبئتها لمنع الرطوبة والأضرار المادية.

اليوم، قدمنا ​​ما هي الرقاقة، وأسماء كل جزء من الرقاقة، وكيفية تصنيع الرقاقات. نأمل أن تجد هذه السلسلة المكونة من ثماني عمليات أساسية لأشباه الموصلات مثيرة للاهتمام ومفيدة.