Nossas vidas poderiam durar um dia sem semicondutores? Muitos aspectos da nossa vida diária, incluindo smartphones, laptops, carros, televisões e cartões de crédito, são inseparáveis ​​dos semicondutores. Esses semicondutores têm um impacto profundo em nossas vidas. Então, como eles são feitos?

Se você tem algum conhecimento básico de semicondutores, talvez já tenha ouvido falar dos oito processos fundamentais dos semicondutores. Inúmeras tarefas necessárias para a fabricação de semicondutores são divididas em oito processos básicos, conforme indicado pelo título na primeira imagem do nosso artigo: “Oito Processos Fundamentais de Semicondutores”.

Hoje, daremos uma olhada na primeira etapa, “Fabricação de Wafer”. Discutiremos do que são feitos os wafers, o material central dos circuitos integrados, e como são fabricados.

Materiais necessários para fabricação de wafer

Antes de começarmos, vamos fazer uma breve pergunta! Qual é a relação entre circuitos integrados semicondutores e wafers? Um circuito integrado é um tipo de chip semicondutor que contém vários componentes elétricos para diversas funções. Os circuitos integrados são fabricados criando muitos circuitos idênticos em um substrato chamado wafer. Portanto, os wafers são a base dos semicondutores. Isto é semelhante a fazer pizza - preparamos primeiro uma massa para podermos adicionar coberturas mais tarde.

Wafers são discos circulares cortados de wafers de silício ou outros elementos, como arsenieto de gálio. A maioria dos wafers é feita de silício extraído da areia.

O Vale do Silício, nos Estados Unidos, começou com a indústria de semicondutores, tornando-se eventualmente o centro da indústria global de software. Consta que seu nome é uma combinação da matéria-prima semicondutora “silício” e do “vale” de Santa Clara. O nome “Vale do Silício” pode ajudá-lo a lembrar que o silício é uma matéria-prima essencial para wafers semicondutores. O silício é abundante, é o elemento mais abundante na natureza e possui propriedades não tóxicas e ecologicamente corretas. Vamos dar uma olhada no processo de fabricação de wafers juntos!

Etapa 1: Fabricação de Lingotes de Silício

O silício extraído da areia precisa passar por um processo de purificação antes de poder ser utilizado na fabricação de semicondutores. É aquecido até derreter em um líquido de alta pureza e depois solidificar por cristalização. A barra de silício resultante é chamada de lingote de silício. Somente lingotes com pureza ultra-alta podem ser usados ​​em processos de semicondutores, que exigem precisão extremamente alta, de até alguns nanômetros.

Etapa 2: Corte de lingotes para produzir wafers finos

O formato do lingote de silício lembra um pião e é cortado em discos circulares uniformemente grossos, conhecidos como wafers, usando lâminas afiadas de serra diamantada. O diâmetro do lingote determina o tamanho do wafer, como wafers de 150 mm (6 polegadas), 200 mm (8 polegadas) e 300 mm (12 polegadas). Wafers mais finos resultam em custos de fabricação mais baixos e diâmetros maiores permitem a produção de um maior número de chips semicondutores por wafer. Portanto, os wafers estão se tornando cada vez mais finos e maiores.

Etapa 3: lixar e polir a superfície do wafer

Os wafers recém-cortados precisam passar por processamento para obter um acabamento liso e espelhado. A superfície do wafer recém-cortado é áspera e contém defeitos, o que pode ter um impacto negativo na precisão do circuito. Fluidos de polimento e máquinas de polimento são usados ​​para polir a superfície do wafer.

Antes do processamento adicional, o wafer polido é chamado de wafer nu, indicando que nenhum chip foi fabricado nele ainda. Após a fabricação de circuitos integrados nos wafers nus usando vários processos físicos e químicos, o wafer eventualmente se parece com a imagem abaixo. Vamos dar uma olhada nos nomes das diferentes partes de um wafer juntos!

1. Bolacha: Uma placa circular (disco) que serve como material de núcleo para CIs semicondutores.

2. O: Existem muitos pequenos quadrados no wafer, e cada pequeno quadrado é chamado de matriz, que é o chip IC do circuito eletrônico integrado.

3. Linha do escriba: As matrizes parecem estar grudadas, mas na verdade existem lacunas entre elas. Essas lacunas são chamadas de linhas de escriba. O objetivo das linhas escritas é cortar cada chip do wafer após o processamento e montá-los em chips. O espaçamento das linhas de marcação permite que a serra diamantada corte o wafer com segurança.

4. Zona plana: Esta área é introduzida para ajudar a identificar a estrutura do wafer e serve como linha de referência durante o processamento do wafer. Como a estrutura cristalina do wafer é muito fina e não pode ser avaliada a olho nu, esta zona plana é usada como referência para determinar as direções vertical e horizontal do wafer.

5. Entalhe: Recentemente, surgiram wafers com entalhes, substituindo as zonas planas anteriores. Wafers com entalhes são mais eficientes do que aqueles com zonas planas porque podem produzir mais chips.

A indústria de semicondutores é dividida principalmente em indústria de fabricação de wafers, que fabrica wafers, e indústria de manufatura (FAB), que projeta e fabrica circuitos em wafers. Há também a indústria de embalagens, onde os wafers processados ​​são cortados em chips e embalados para evitar umidade e danos físicos.

Hoje, apresentamos o que é um wafer, os nomes de cada parte de um wafer e como os wafers são fabricados. Esperamos que você considere esta série de oito processos básicos de semicondutores interessante e útil.