Czy nasze życie mogłoby przetrwać jeden dzień bez półprzewodników? Wiele aspektów naszego codziennego życia, w tym smartfony, laptopy, samochody, telewizory i karty kredytowe, jest nierozerwalnie związanych z półprzewodnikami. Te półprzewodniki mają ogromny wpływ na nasze życie. Jak się je robi?

Jeśli masz podstawową wiedzę na temat półprzewodników, być może słyszałeś o ośmiu podstawowych procesach zachodzących w półprzewodnikach. Liczne zadania wymagane przy produkcji półprzewodników są podzielone na osiem podstawowych procesów, jak wskazuje tytuł na pierwszym obrazku naszego artykułu: „Osiem podstawowych procesów półprzewodnikowych”.

Dzisiaj przyjrzymy się pierwszemu etapowi, „Produkcji płytek”. Omówimy, z czego wykonane są płytki, podstawowy materiał układów scalonych, i jak są produkowane.

Materiały wymagane do produkcji płytek

Zanim zaczniemy, zadajmy krótkie pytanie! Jaki jest związek między półprzewodnikowymi układami scalonymi a płytkami? Układ scalony to rodzaj układu półprzewodnikowego zawierającego wiele elementów elektrycznych spełniających różne funkcje. Układy scalone powstają poprzez utworzenie wielu identycznych obwodów na podłożu zwanym płytką. Dlatego płytki są podstawą półprzewodników. Przypomina to robienie pizzy – najpierw przygotowujemy ciasto, aby później móc dodać dodatki.

Płytki to okrągłe dyski wycięte z płytek krzemowych lub innych pierwiastków, takich jak arsenek galu. Większość płytek wytwarzana jest z krzemu wydobywanego z piasku.

Dolina Krzemowa w Stanach Zjednoczonych rozpoczęła się od przemysłu półprzewodników, stając się ostatecznie centrum globalnego przemysłu oprogramowania. Podaje się, że jego nazwa jest połączeniem surowca półprzewodnikowego „krzem” i „doliny” Santa Clara. Nazwa „Dolina Krzemowa” może pomóc Państwu pamiętać, że krzem jest niezbędnym surowcem do produkcji płytek półprzewodnikowych. Krzem jest powszechnie dostępny, jest najobficiej występującym pierwiastkiem w przyrodzie, ma właściwości nietoksyczne i przyjazne dla środowiska. Przyjrzyjmy się wspólnie procesowi produkcji wafli!

Krok 1: Produkcja wlewków krzemu

Krzem ekstrahowany z piasku musi przejść proces oczyszczania, zanim będzie można go wykorzystać do produkcji półprzewodników. Jest podgrzewany aż do stopienia się w ciecz o wysokiej czystości, a następnie zestalony poprzez krystalizację. Powstały pręt krzemowy nazywany jest wlewkiem krzemowym. W procesach półprzewodnikowych, które wymagają niezwykle dużej precyzji, sięgającej kilku nanometrów, można stosować wyłącznie wlewki o ultrawysokiej czystości.

Krok 2: Cięcie wlewków w celu wytworzenia cienkich wafli

Kształt wlewka krzemowego przypomina bączek i jest cięty na okrągłe krążki o jednakowej grubości, zwane waflami, za pomocą ostrych diamentowych brzeszczotów. Średnica wlewka określa rozmiar płytki, na przykład wafle 150 mm (6 cali), 200 mm (8 cali) i 300 mm (12 cali). Cieńsze płytki powodują niższe koszty produkcji, a większe średnice pozwalają na wyprodukowanie większej liczby chipów półprzewodnikowych na płytkę. Dlatego wafle stają się coraz cieńsze i większe.

Krok 3: Szlifowanie i polerowanie powierzchni płytki

Świeżo pocięte wafle należy poddać obróbce, aby uzyskać gładkie, lustrzane wykończenie. Powierzchnia świeżo pociętego wafla jest szorstka i zawiera defekty, które mogą mieć negatywny wpływ na dokładność obwodu. Do polerowania powierzchni płytek stosuje się płyny polerskie i maszyny polerskie.

Przed dalszą obróbką wypolerowany wafel nazywany jest gołym waflem, co wskazuje, że nie zostały jeszcze na nim wyprodukowane żadne wióry. Po wyprodukowaniu układów scalonych na gołych płytkach przy użyciu różnych procesów fizycznych i chemicznych, płytka ostatecznie wygląda jak na poniższym obrazku. Przyjrzyjmy się wspólnie nazwom poszczególnych części wafla!

1. Opłatek: Okrągła płytka (dysk), która służy jako materiał rdzenia dla półprzewodnikowych układów scalonych.

2. : Na płytce znajduje się wiele małych kwadratów, a każdy mały kwadrat nazywany jest kostką, czyli układem scalonym scalonego układu elektronicznego.

3. Linia trasowania: Matryce wydają się być sklejone ze sobą, ale w rzeczywistości są między nimi luki. Luki te nazywane są liniami rysowania. Celem linii trasowania jest wycięcie każdego chipa z płytki po przetworzeniu i złożenie ich w chipy. Rozstaw linii rys pozwala na bezpieczne przecięcie płytki przez piłę diamentową.

4. Strefa płaska: Obszar ten wprowadzono, aby pomóc w identyfikacji struktury wafla i służy jako linia odniesienia podczas przetwarzania wafla. Ponieważ struktura krystaliczna płytki jest bardzo cienka i nie można jej ocenić gołym okiem, ta płaska strefa służy jako odniesienie do określenia kierunku pionowego i poziomego płytki.

5. Wycięcie: Ostatnio pojawiły się wafle z nacięciami, zastępujące dotychczasowe płaskie strefy. Wafle z nacięciami są bardziej wydajne niż te z płaskimi strefami, ponieważ mogą wytworzyć więcej wiórów.

Przemysł półprzewodników dzieli się głównie na przemysł produkcji płytek, który produkuje płytki, oraz przemysł produkcyjny (FAB), który projektuje i produkuje obwody na płytkach. Istnieje również branża opakowaniowa, gdzie przetworzone wafle tnie się na kawałki i pakuje, aby zapobiec wilgoci i uszkodzeniom fizycznym.

Dzisiaj przedstawiliśmy, czym jest wafel, nazwy poszczególnych części wafla i sposób jego wytwarzania. Mamy nadzieję, że ta seria ośmiu podstawowych procesów półprzewodnikowych będzie dla Państwa interesująca i pomocna.