Могла бы наша жизнь прожить и дня без полупроводников? Многие аспекты нашей повседневной жизни, включая смартфоны, ноутбуки, автомобили, телевизоры и кредитные карты, неотделимы от полупроводников. Эти полупроводники оказывают глубокое влияние на нашу жизнь. Итак, как они сделаны?

Если у вас есть базовые знания о полупроводниках, возможно, вы слышали о восьми фундаментальных полупроводниковых процессах. Многочисленные задачи, необходимые для производства полупроводников, разделены на восемь основных процессов, на что указывает заголовок на первом изображении нашей статьи: «Восемь фундаментальных полупроводниковых процессов».

Сегодня мы рассмотрим первый этап: «Производство пластин». Мы обсудим, из чего сделаны пластины, основной материал интегральных схем, и как они производятся.

Материалы, необходимые для производства пластин

Прежде чем мы начнем, давайте зададим краткий вопрос! Какова связь между полупроводниковыми интегральными схемами и пластинами? Интегральная схема — это тип полупроводникового чипа, который содержит множество электрических компонентов для различных функций. Интегральные схемы производятся путем создания множества идентичных схем на подложке, называемой пластиной. Таким образом, пластины являются основой полупроводников. Это похоже на приготовление пиццы: сначала мы готовим тесто, чтобы потом добавить начинку.

Пластины представляют собой круглые диски, вырезанные из пластин кремния или других элементов, таких как арсенид галлия. Большинство пластин изготавливаются из кремния, добываемого из песка.

Кремниевая долина в США началась с полупроводниковой промышленности и со временем стала центром мировой индустрии программного обеспечения. Сообщается, что его название представляет собой сочетание полупроводникового сырья «кремний» и «долины» Санта-Клары. Название «Силиконовая долина» может помочь вам вспомнить, что кремний является важным сырьем для полупроводниковых пластин. Кремний имеется в изобилии, является наиболее распространенным элементом в природе и обладает нетоксичными и экологически чистыми свойствами. Давайте вместе посмотрим на процесс изготовления вафель!

Шаг 1: Производство кремниевых слитков

Кремний, извлеченный из песка, должен пройти процесс очистки, прежде чем его можно будет использовать для производства полупроводников. Его нагревают до тех пор, пока он не превратится в жидкость высокой чистоты, а затем затвердевает посредством кристаллизации. Полученный кремниевый стержень называется кремниевым слитком. Только слитки сверхвысокой чистоты можно использовать в полупроводниковых процессах, требующих чрезвычайно высокой точности до нескольких нанометров.

Шаг 2. Резка слитков для производства тонких пластин

Форма кремниевого слитка напоминает волчок, и его разрезают на круглые диски одинаковой толщины, известные как пластины, с помощью острых алмазных пил. Диаметр слитка определяет размер пластины, например, пластины диаметром 150 мм (6 дюймов), 200 мм (8 дюймов) и 300 мм (12 дюймов). Более тонкие пластины приводят к снижению производственных затрат, а больший диаметр позволяет производить большее количество полупроводниковых чипов на пластину. Поэтому пластины становятся все тоньше и крупнее.

Шаг 3. Шлифование и полировка поверхности пластины.

Свежеразрезанные вафли необходимо подвергнуть обработке, чтобы добиться гладкой зеркальной поверхности. Поверхность свежеразрезанной пластины шероховатая и содержит дефекты, которые могут отрицательно сказаться на точности схемы. Для полировки поверхности пластины используются полировальные жидкости и полировальные машины.

До дальнейшей обработки полированную пластину называют голой пластиной, что указывает на то, что на ней еще не производились чипы. После изготовления интегральных схем на голых пластинах с использованием различных физических и химических процессов пластина в конечном итоге выглядит так, как показано на изображении ниже. Давайте вместе посмотрим на названия разных частей пластины!

1. Вафля: круглая пластина (диск), служащая основным материалом полупроводниковых ИС.

2. : На пластине много маленьких квадратов, и каждый маленький квадрат называется кристаллом, который представляет собой микросхему интегральной электронной схемы.

3. Напишите линию: Кажется, что штампы склеены, но на самом деле между ними есть зазоры. Эти промежутки называются линиями разметки. Целью разметочных линий является вырезание каждого чипа из пластины после обработки и сборка их в чипы. Расстояние между линиями разметки позволяет алмазной пиле безопасно резать пластину.

4. Ровная зона: эта область введена для облегчения идентификации структуры пластины и служит ориентиром во время обработки пластины. Поскольку кристаллическая структура пластины очень мелкая и о ней невозможно судить невооруженным глазом, эта плоская зона используется в качестве ориентира для определения вертикального и горизонтального направлений пластины.

5. Нотч: В последнее время появились пластины с насечками, пришедшие на смену прежним плоским зонам. Пластины с выемками более эффективны, чем пластины с плоскими зонами, поскольку на них можно производить больше чипов.

Полупроводниковая промышленность в основном делится на промышленность по производству пластин, которая производит пластины, и обрабатывающую промышленность (FAB), которая разрабатывает и производит схемы на пластинах. Существует также упаковочная промышленность, где обработанные пластины нарезаются на чипсы и упаковываются для предотвращения влаги и физических повреждений.

Сегодня мы рассказали, что такое пластина, названия каждой части пластины и способы ее изготовления. Мы надеемся, что эта серия из восьми основных полупроводниковых процессов окажется для вас интересной и полезной.