האם חיינו יכולים להימשך יום ללא מוליכים למחצה? היבטים רבים בחיי היומיום שלנו, כולל סמארטפונים, מחשבים ניידים, מכוניות, טלוויזיות וכרטיסי אשראי, אינם ניתנים להפרדה ממוליכים למחצה. למוליכים למחצה הללו יש השפעה עמוקה על חיינו. אז איך הם מיוצרים?

אם יש לך ידע בסיסי על מוליכים למחצה, אולי שמעתם על שמונת התהליכים הבסיסיים של מוליכים למחצה. משימות רבות הנדרשות לייצור מוליכים למחצה מחולקות לשמונה תהליכים בסיסיים, כפי שמצוין על ידי הכותרת בתמונה הראשונה של המאמר שלנו: "שמונה תהליכי מוליכים למחצה יסודיים".

היום, נסקור את השלב הראשון, "ייצור פרוסות". נדון ממה עשויים פרוסות, חומר הליבה של מעגלים משולבים, וכיצד הם מיוצרים.

החומרים הדרושים לייצור פרוסות

לפני שנתחיל, בואו נשאל שאלה קצרה! מה הקשר בין מעגלים משולבים מוליכים למחצה לבין פרוסות? מעגל משולב הוא סוג של שבב מוליכים למחצה המכיל רכיבים חשמליים רבים לפונקציות שונות. מעגלים משולבים מיוצרים על ידי יצירת מעגלים זהים רבים על מצע הנקרא רקיק. לכן, פרוסות הן הבסיס של מוליכים למחצה. זה דומה להכנת פיצה - קודם מכינים בצק כדי שנוכל להוסיף תוספות אחר כך.

ופלים הם דיסקים עגולים חתוכים מפרוסות סיליקון או אלמנטים אחרים כגון גליום ארסניד. רוב הפרוסים עשויים מסיליקון המופק מחול.

עמק הסיליקון בארצות הברית התחיל בתעשיית המוליכים למחצה, והפך בסופו של דבר למרכז תעשיית התוכנה העולמית. מדווח כי שמו הוא שילוב של חומר הגלם המוליך למחצה "סיליקון" ו"עמק" סנטה קלרה. השם "עמק הסיליקון" עשוי לעזור לכם לזכור שסיליקון הוא חומר גלם חיוני לפרוסות מוליכים למחצה. הסיליקון מצוי בשפע, הוא היסוד הנפוץ ביותר בטבע, ובעל תכונות לא רעילות וידידותיות לסביבה. בואו נסתכל יחד על תהליך ייצור פרוסות!

שלב 1: ייצור מטילי סיליקון

הסיליקון המופק מחול צריך לעבור תהליך טיהור לפני שניתן יהיה להשתמש בו לייצור מוליכים למחצה. הוא מחומם עד שהוא נמס לנוזל בטוהר גבוה ולאחר מכן מתמצק באמצעות התגבשות. מוט הסיליקון שנוצר נקרא מטיל סיליקון. ניתן להשתמש רק במטילים בעלי טוהר גבוה במיוחד בתהליכי מוליכים למחצה, הדורשים דיוק גבוה במיוחד עד כמה ננומטרים.

שלב 2: חיתוך מטיל לייצור ופלים דקים

צורתו של מטיל הסיליקון דומה לסביבון, והוא נחתך לדיסקים עגולים בעובי אחיד, הידועים כ-wafers, באמצעות להבי מסור יהלום חדים. קוטר המטיל קובע את גודל הפרוסה, כגון פרוסות 150 מ"מ (6 אינץ'), 200 מ"מ (8 אינץ') ו-300 מ"מ (12 אינץ'). פרוסות דקות יותר מביאות לעלויות ייצור נמוכות יותר, וקטרים ​​גדולים יותר מאפשרים לייצר מספר רב יותר של שבבי מוליכים למחצה לכל רקיק. לכן, פרוסים הופכים דקים וגדולים יותר ויותר.

שלב 3: שחיקה והברקה של משטח הוופל

הפרוסים הטריים החתוכים צריכים לעבור עיבוד כדי להשיג גימור חלק דמוי מראה. פני השטח של הפרוסה הטרייה מחוספסים ומכילים פגמים שעלולים להשפיע לרעה על דיוק המעגל. נוזלי ליטוש ומכונות ליטוש משמשים להברקת משטח הוופל.

לפני עיבוד נוסף, הוופל המלוטש מכונה רקיק חשוף, מה שמצביע על כך שעדיין לא יוצרו עליו שבבים. לאחר ייצור של מעגלים משולבים על הפרוסות החשופות תוך שימוש בתהליכים פיזיקליים וכימיים שונים, הפרוסה נראית בסופו של דבר כמו בתמונה למטה. בואו נסתכל ביחד על שמות החלקים השונים של רקיק!

1. רקיק: פלטה עגולה (דיסק) המשמשת כחומר הליבה עבור IC מוליכים למחצה.

2. למות: יש הרבה ריבועים קטנים על הוואפר, וכל ריבוע קטן נקרא קובייה, שהיא שבב ה-IC של המעגל האלקטרוני המשולב.

3. שורת סופר: נראה שהקוביות דבוקות זו לזו, אך למעשה יש ביניהם פערים. הפערים הללו נקראים שורות סופר. המטרה של קווי סופר היא לחתוך כל שבב מהוואפר לאחר העיבוד ולהרכיב אותם לשבבים. המרווח בין קווי הכתב מאפשר למסור היהלום לחתוך בבטחה את הפרוסה.

4. אזור שטוח: אזור זה מוצג כדי לסייע בזיהוי מבנה הפרוסות ומשמש כקו התייחסות במהלך עיבוד הפרוסות. מכיוון שמבנה הגביש של הפרוסה עדין מאוד ולא ניתן לשפוט אותו בעין בלתי מזוינת, אזור שטוח זה משמש כאסמכתא לקביעת הכיוונים האנכיים והאופקיים של הפרוסה.

5. חריץ: לאחרונה הופיעו פרוסים עם חריצים, המחליפים את האזורים השטוחים הקודמים. וופלים עם חריצים יעילים יותר מאלה עם אזורים שטוחים מכיוון שהם יכולים לייצר יותר שבבים.

תעשיית המוליכים למחצה מתחלקת בעיקר לענף ייצור פרוסות, המייצרת וופרים, ולתעשיית הייצור (FAB) המתכננת ומייצרת מעגלים על גבי הפרוסים. ישנה גם את תעשיית האריזה, שבה פרוסים מעובדים נחתכים לצ'יפס ונארזים כדי למנוע רטיבות ונזקים פיזיים.

היום, הצגנו מהו רקיק, את השמות של כל חלק של פרוס, וכיצד מייצרים פרוסות. אנו מקווים שתמצא סדרה זו של שמונה תהליכי מוליכים למחצה בסיסיים מעניינים ומועילים.