Könnte unser Leben ohne Halbleiter einen Tag dauern? Viele Aspekte unseres täglichen Lebens, darunter Smartphones, Laptops, Autos, Fernseher und Kreditkarten, sind untrennbar mit Halbleitern verbunden. Diese Halbleiter haben tiefgreifende Auswirkungen auf unser Leben. Wie werden sie also hergestellt?

Wenn Sie über Grundkenntnisse in Halbleitern verfügen, haben Sie vielleicht schon von den acht grundlegenden Halbleiterprozessen gehört. Zahlreiche für die Halbleiterfertigung erforderliche Aufgaben sind in acht grundlegende Prozesse unterteilt, wie der Titel im ersten Bild unseres Artikels zeigt: „Acht grundlegende Halbleiterprozesse“.

Heute werfen wir einen Blick auf den ersten Schritt, die „Wafer-Herstellung“. Wir werden diskutieren, woraus Wafer, das Kernmaterial integrierter Schaltkreise, bestehen und wie sie hergestellt werden.

Für die Waferherstellung erforderliche Materialien

Bevor wir beginnen, stellen wir eine kurze Frage! Welche Beziehung besteht zwischen integrierten Halbleiterschaltkreisen und Wafern? Ein integrierter Schaltkreis ist eine Art Halbleiterchip, der zahlreiche elektrische Komponenten für verschiedene Funktionen enthält. Integrierte Schaltkreise werden hergestellt, indem viele identische Schaltkreise auf einem Substrat namens Wafer erstellt werden. Daher sind Wafer die Grundlage von Halbleitern. Das ist ähnlich wie beim Pizzabacken – wir bereiten zunächst einen Teig vor, den wir später mit Belag versehen können.

Wafer sind kreisförmige Scheiben, die aus Siliziumwafern oder anderen Elementen wie Galliumarsenid geschnitten werden. Die meisten Wafer werden aus Silizium hergestellt, das aus Sand gewonnen wird.

Das Silicon Valley in den USA begann mit der Halbleiterindustrie und entwickelte sich schließlich zum Zentrum der globalen Softwareindustrie. Es wird berichtet, dass sein Name eine Kombination aus dem Halbleiterrohstoff „Silizium“ und dem „Tal“ von Santa Clara ist. Der Name „Silicon Valley“ erinnert Sie vielleicht daran, dass Silizium ein wesentlicher Rohstoff für Halbleiterwafer ist. Silizium ist reichlich vorhanden, das am häufigsten vorkommende Element in der Natur und hat ungiftige und umweltfreundliche Eigenschaften. Werfen wir gemeinsam einen Blick auf den Prozess der Waferherstellung!

Schritt 1: Herstellung von Siliziumbarren

Das aus Sand gewonnene Silizium muss einen Reinigungsprozess durchlaufen, bevor es für die Halbleiterherstellung verwendet werden kann. Es wird erhitzt, bis es zu einer hochreinen Flüssigkeit schmilzt und dann durch Kristallisation erstarrt. Der resultierende Siliziumstab wird Siliziumbarren genannt. In Halbleiterprozessen, die eine extrem hohe Präzision bis auf wenige Nanometer erfordern, können nur Ingots mit ultrahoher Reinheit verwendet werden.

Schritt 2: Schneiden von Barren zur Herstellung dünner Wafer

Die Form des Siliziumbarrens ähnelt einem Kreisel und er wird mit scharfen Diamantsägeblättern in gleichmäßig dicke kreisförmige Scheiben, sogenannte Wafer, geschnitten. Der Durchmesser des Barrens bestimmt die Größe des Wafers, z. B. 150 mm (6 Zoll), 200 mm (8 Zoll) und 300 mm (12 Zoll) Wafer. Dünnere Wafer führen zu geringeren Herstellungskosten und größere Durchmesser ermöglichen die Herstellung einer größeren Anzahl von Halbleiterchips pro Wafer. Daher werden Wafer immer dünner und größer.

Schritt 3: Schleifen und Polieren der Waferoberfläche

Die frisch geschnittenen Waffeln müssen einer Bearbeitung unterzogen werden, um eine glatte, spiegelähnliche Oberfläche zu erzielen. Die Oberfläche des frisch geschnittenen Wafers ist rau und weist Defekte auf, die sich negativ auf die Genauigkeit der Schaltung auswirken können. Zum Polieren der Waferoberfläche werden Polierflüssigkeiten und Poliermaschinen eingesetzt.

Vor der Weiterverarbeitung wird der polierte Wafer als Bare Wafer bezeichnet, was darauf hinweist, dass darauf noch keine Chips hergestellt wurden. Nach der Herstellung integrierter Schaltkreise auf den nackten Wafern mithilfe verschiedener physikalischer und chemischer Prozesse sieht der Wafer schließlich wie im Bild unten aus. Schauen wir uns gemeinsam die Namen der verschiedenen Teile einer Waffel an!

1. Wafer: Eine kreisförmige Platte (Scheibe), die als Kernmaterial für Halbleiter-ICs dient.

2. Stirb: Auf dem Wafer befinden sich viele kleine Quadrate, und jedes kleine Quadrat wird als Chip bezeichnet, bei dem es sich um den IC-Chip der integrierten elektronischen Schaltung handelt.

3. Anreißlinie: Die Matrizen scheinen zusammengeklebt zu sein, aber es gibt tatsächlich Lücken zwischen ihnen. Diese Lücken werden Ritzlinien genannt. Der Zweck von Ritzlinien besteht darin, jeden Chip nach der Bearbeitung aus dem Wafer auszuschneiden und ihn zu Chips zusammenzusetzen. Durch den Abstand der Ritzlinien kann die Diamantsäge den Wafer sicher schneiden.

4. Flache Zone: Dieser Bereich wird eingeführt, um die Identifizierung der Waferstruktur zu erleichtern und als Referenzlinie während der Waferverarbeitung zu dienen. Da die Kristallstruktur des Wafers sehr fein ist und mit bloßem Auge nicht beurteilt werden kann, wird dieser flache Bereich als Referenz für die Bestimmung der vertikalen und horizontalen Richtung des Wafers verwendet.

5. Kerbe: In letzter Zeit sind Wafer mit Kerben aufgetaucht, die die bisherigen flachen Zonen ersetzen. Wafer mit Kerben sind effizienter als solche mit flachen Zonen, da sie mehr Chips produzieren können.

Die Halbleiterindustrie gliedert sich hauptsächlich in die Wafer-Herstellungsindustrie, die Wafer herstellt, und die Fertigungsindustrie (FAB), die Schaltkreise auf den Wafern entwirft und herstellt. Es gibt auch die Verpackungsindustrie, in der verarbeitete Wafer in Chips geschnitten und verpackt werden, um Feuchtigkeit und physische Schäden zu verhindern.

Heute haben wir vorgestellt, was ein Wafer ist, wie die einzelnen Teile eines Wafers heißen und wie Wafer hergestellt werden. Wir hoffen, dass Sie diese Serie mit acht grundlegenden Halbleiterprozessen interessant und hilfreich finden.