آیا زندگی ما می تواند یک روز بدون نیمه هادی ها دوام بیاورد؟ بسیاری از جنبه های زندگی روزمره ما از جمله گوشی های هوشمند، لپ تاپ ها، ماشین ها، تلویزیون ها و کارت های اعتباری از نیمه هادی ها جدا نیستند. این نیمه هادی ها تأثیر عمیقی بر زندگی ما دارند. بنابراین، آنها چگونه ساخته می شوند؟

اگر دانش اولیه ای در مورد نیمه هادی ها دارید، ممکن است در مورد هشت فرآیند اساسی نیمه هادی ها شنیده باشید. وظایف متعدد مورد نیاز برای ساخت نیمه هادی ها به هشت فرآیند اساسی تقسیم می شوند، همانطور که عنوان در تصویر اول مقاله ما نشان می دهد: "هشت فرآیند اساسی نیمه هادی".

امروز نگاهی خواهیم داشت به اولین قدم یعنی «تولید ویفر». ما بحث خواهیم کرد که ویفرها، مواد اصلی مدارهای مجتمع، از چه ساخته شده اند و چگونه ساخته می شوند.

مواد مورد نیاز برای تولید ویفر

قبل از شروع، اجازه دهید یک سوال کوتاه بپرسیم! رابطه بین مدارهای مجتمع نیمه هادی و ویفرها چیست؟ مدار مجتمع نوعی تراشه نیمه هادی است که شامل اجزای الکتریکی متعددی برای عملکردهای مختلف است. مدارهای مجتمع با ایجاد بسیاری از مدارهای یکسان بر روی بستری به نام ویفر ساخته می شوند. بنابراین، ویفرها پایه و اساس نیمه هادی ها هستند. این شبیه به درست کردن پیتزا است - ابتدا خمیر را آماده می کنیم تا بعداً مواد را اضافه کنیم.

ویفرها دیسک های دایره ای هستند که از ویفرهای سیلیکونی یا عناصر دیگری مانند آرسنید گالیوم بریده شده اند. بیشتر ویفرها از سیلیکون استخراج شده از ماسه ساخته می شوند.

دره سیلیکون در ایالات متحده با صنعت نیمه هادی آغاز شد و در نهایت به مرکز صنعت نرم افزار جهانی تبدیل شد. گزارش شده است که نام آن ترکیبی از مواد خام نیمه هادی "سیلیکون" و "دره" سانتا کلارا است. نام "سیلیکون ولی" ممکن است به شما کمک کند به یاد داشته باشید که سیلیکون یک ماده خام ضروری برای ویفرهای نیمه هادی است. سیلیسیم به وفور عرضه می شود، فراوان ترین عنصر در طبیعت است و دارای خواص غیر سمی و سازگار با محیط زیست است. بیایید با هم به روند تولید ویفر نگاهی بیندازیم!

مرحله 1: تولید شمش سیلیکون

سیلیکون استخراج شده از شن و ماسه باید قبل از استفاده برای تولید نیمه هادی، یک فرآیند تصفیه را طی کند. حرارت داده می شود تا به مایعی با خلوص بالا ذوب شود و سپس از طریق تبلور جامد می شود. میله سیلیکونی به دست آمده را شمش سیلیکونی می نامند. فقط شمش ​​هایی با خلوص فوق العاده بالا را می توان در فرآیندهای نیمه هادی استفاده کرد که به دقت بسیار بالا تا چند نانومتر نیاز دارد.

مرحله 2: برش شمش برای تولید ویفرهای نازک

شکل شمش سیلیکون شبیه یک فرفره چرخان است و با استفاده از تیغه های اره الماسی تیز به دیسک های دایره ای ضخیم یکنواخت معروف به ویفر بریده می شود. قطر شمش اندازه ویفر را تعیین می کند، مانند ویفرهای 150 میلی متر (6 اینچ)، 200 میلی متر (8 اینچ) و 300 میلی متر (12 اینچ). ویفرهای نازک‌تر منجر به هزینه‌های تولید کمتر می‌شوند و قطرهای بزرگتر امکان تولید تعداد بیشتری از تراشه‌های نیمه‌رسانا را در هر ویفر فراهم می‌کنند. بنابراین، ویفرها به طور فزاینده ای نازک تر و بزرگتر می شوند.

مرحله 3: آسیاب و صیقل دادن سطح ویفر

ویفرهای تازه برش خورده برای دستیابی به یک روکش صاف و آینه مانند باید تحت پردازش قرار گیرند. سطح ویفر تازه برش خورده ناهموار است و دارای عیوب است که می تواند بر دقت مدار تأثیر منفی بگذارد. برای صیقل دادن سطح ویفر از مایعات پولیش و ماشین های پولیش استفاده می شود.

قبل از پردازش بیشتر، ویفر جلا داده شده به عنوان ویفر لخت نامیده می شود، که نشان می دهد هنوز هیچ تراشه ای روی آن تولید نشده است. پس از ساخت مدارهای مجتمع بر روی ویفرهای لخت با استفاده از فرآیندهای مختلف فیزیکی و شیمیایی، ویفر در نهایت مانند تصویر زیر به نظر می رسد. با هم نگاهی به نام قسمت های مختلف ویفر بیندازیم!

1. ویفر: صفحه دایره ای (دیسک) که به عنوان ماده هسته ای برای آی سی های نیمه هادی عمل می کند.

2. بمیر: مربع های کوچک زیادی روی ویفر وجود دارد و هر مربع کوچک دای نامیده می شود که تراشه آی سی مدار یکپارچه الکترونیکی است.

3. خط کاتب: به نظر می رسد قالب ها به هم چسبیده اند، اما در واقع بین آنها شکاف هایی وجود دارد. به این شکاف ها خطوط کاتبی می گویند. هدف از خطوط نویس این است که هر تراشه را پس از پردازش از ویفر جدا کرده و آنها را به صورت تراشه‌ها جمع کنند. فاصله خطوط نویس به اره الماس اجازه می دهد تا ویفر را با خیال راحت برش دهد.

4. منطقه مسطح: این ناحیه برای کمک به شناسایی ساختار ویفر معرفی شده است و به عنوان خط مرجع در طول پردازش ویفر عمل می کند. از آنجایی که ساختار کریستالی ویفر بسیار ظریف است و با چشم غیر مسلح نمی توان آن را قضاوت کرد، از این ناحیه مسطح به عنوان مرجعی برای تعیین جهت عمودی و افقی ویفر استفاده می شود.

5. بریدگی: اخیراً ویفرهایی با بریدگی ظاهر شده اند که جایگزین مناطق مسطح قبلی شده اند. ویفرهای دارای بریدگی نسبت به آنهایی که دارای ناحیه مسطح هستند کارآمدتر هستند زیرا می توانند تراشه های بیشتری تولید کنند.

صنعت نیمه هادی عمدتاً به صنعت تولید ویفر که ویفر را تولید می کند و صنعت ساخت (FAB) که مدارهای روی ویفرها را طراحی و تولید می کند تقسیم می شود. همچنین صنعت بسته بندی وجود دارد که در آن ویفرهای فرآوری شده به صورت چیپس بریده و بسته بندی می شوند تا از رطوبت و آسیب فیزیکی جلوگیری شود.

امروز به معرفی ویفر چیست، نام هر قسمت ویفر و نحوه ساخت ویفر پرداختیم. امیدواریم این سری از هشت فرآیند نیمه هادی اساسی برای شما جالب و مفید باشد.