ชีวิตเราจะอยู่ได้หนึ่งวันโดยไม่มีเซมิคอนดักเตอร์หรือไม่? ชีวิตประจำวันของเราหลายๆ ด้าน รวมถึงสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป รถยนต์ โทรทัศน์ และบัตรเครดิต ไม่สามารถแยกออกจากเซมิคอนดักเตอร์ได้ เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อชีวิตของเรา แล้วพวกมันทำอย่างไร?

หากคุณมีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับเซมิคอนดักเตอร์ คุณอาจเคยได้ยินเกี่ยวกับกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์พื้นฐานทั้งแปดประการ งานจำนวนมากที่จำเป็นสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แบ่งออกเป็นแปดกระบวนการพื้นฐาน ตามที่ระบุไว้ในชื่อเรื่องในภาพแรกของบทความของเรา: "กระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ขั้นพื้นฐานแปดกระบวนการ"

วันนี้เราจะมาดูขั้นตอนแรก "การผลิตเวเฟอร์" เราจะหารือเกี่ยวกับเวเฟอร์ซึ่งเป็นวัสดุหลักของวงจรรวมที่ทำมาจากอะไร และวิธีการผลิตพวกมัน

วัสดุที่จำเป็นสำหรับการผลิตเวเฟอร์

ก่อนที่เราจะเริ่ม เรามาถามคำถามสั้น ๆ กันก่อน! ความสัมพันธ์ระหว่างวงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์กับเวเฟอร์คืออะไร? วงจรรวมเป็นชิปเซมิคอนดักเตอร์ชนิดหนึ่งที่มีส่วนประกอบทางไฟฟ้าจำนวนมากสำหรับการทำงานต่างๆ วงจรรวมผลิตโดยการสร้างวงจรที่เหมือนกันหลายวงจรบนพื้นผิวที่เรียกว่าเวเฟอร์ ดังนั้นเวเฟอร์จึงเป็นรากฐานของเซมิคอนดักเตอร์ วิธีนี้จะคล้ายกับการทำพิซซ่า โดยเราเตรียมแป้งไว้ก่อนแล้วจึงค่อยเพิ่มท็อปปิ้งได้ในภายหลัง

เวเฟอร์เป็นแผ่นวงกลมที่ถูกตัดจากเวเฟอร์ซิลิคอนหรือองค์ประกอบอื่นๆ เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ เวเฟอร์ส่วนใหญ่ทำจากซิลิคอนที่สกัดจากทราย

Silicon Valley ในสหรัฐอเมริกาเริ่มต้นจากอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ และในที่สุดก็กลายเป็นศูนย์กลางของอุตสาหกรรมซอฟต์แวร์ระดับโลก มีรายงานว่าชื่อของมันคือการรวมกันของวัตถุดิบเซมิคอนดักเตอร์ "ซิลิคอน" และ "หุบเขา" ของซานตาคลารา ชื่อ "Silicon Valley" อาจช่วยให้คุณจำได้ว่าซิลิคอนเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ซิลิคอนมีอุปทานมากมาย เป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในธรรมชาติ และมีคุณสมบัติที่ไม่เป็นพิษและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มาดูกระบวนการผลิตเวเฟอร์ไปพร้อมกัน!

ขั้นตอนที่ 1: การผลิตแท่งซิลิคอน

ซิลิคอนที่สกัดจากทรายต้องผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ก่อนจึงจะสามารถนำมาใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ได้ มันถูกให้ความร้อนจนละลายเป็นของเหลวที่มีความบริสุทธิ์สูง จากนั้นจึงแข็งตัวผ่านการตกผลึก แท่งซิลิกอนที่เกิดนั้นเรียกว่าแท่งซิลิกอน เฉพาะแท่งโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษเท่านั้นที่สามารถใช้ในกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งต้องการความแม่นยำสูงมากจนถึงระดับไม่กี่นาโนเมตร

ขั้นตอนที่ 2: การตัดแท่งโลหะเพื่อผลิตเวเฟอร์แบบบาง

รูปร่างของแท่งซิลิคอนมีลักษณะคล้ายกับลูกข่าง และถูกตัดเป็นแผ่นกลมที่มีความหนาสม่ำเสมอสม่ำเสมอกัน หรือที่เรียกว่าเวเฟอร์ โดยใช้ใบเลื่อยเพชรที่คม เส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งโลหะจะกำหนดขนาดของเวเฟอร์ เช่น เวเฟอร์ 150 มม. (6 นิ้ว), 200 มม. (8 นิ้ว) และ 300 มม. (12 นิ้ว) เวเฟอร์ที่บางลงส่งผลให้ต้นทุนการผลิตลดลง และเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่ขึ้นทำให้สามารถผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์จำนวนมากขึ้นต่อเวเฟอร์ ดังนั้นเวเฟอร์จึงบางลงและใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ

ขั้นตอนที่ 3: บดและขัดพื้นผิวเวเฟอร์

เวเฟอร์ที่ตัดใหม่ต้องผ่านการประมวลผลเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เรียบเนียนเหมือนกระจก พื้นผิวของเวเฟอร์ที่ตัดใหม่มีความหยาบและมีข้อบกพร่อง ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อความแม่นยำของวงจร น้ำยาขัดเงาและเครื่องขัดเงาใช้ในการขัดผิวเวเฟอร์

ก่อนที่จะดำเนินการต่อไป เวเฟอร์ขัดเงาจะเรียกว่าเวเฟอร์เปลือย ซึ่งบ่งชี้ว่ายังไม่มีการผลิตชิปบนเวเฟอร์นั้น หลังจากการสร้างวงจรรวมบนแผ่นเวเฟอร์เปลือยโดยใช้กระบวนการทางกายภาพและเคมีต่างๆ ในที่สุดแผ่นเวเฟอร์จะมีลักษณะดังภาพด้านล่าง มาดูชื่อส่วนต่างๆ ของเวเฟอร์กันดีกว่า!

1. เวเฟอร์: แผ่นวงกลม (ดิสก์) ที่ทำหน้าที่เป็นวัสดุหลักสำหรับไอซีเซมิคอนดักเตอร์

2 : มีสี่เหลี่ยมเล็กๆ จำนวนมากบนแผ่นเวเฟอร์ และสี่เหลี่ยมเล็กๆ แต่ละอันเรียกว่า ดาย ซึ่งเป็นชิป IC ของวงจรอิเล็กทรอนิกส์รวม

3. เส้นอาลักษณ์: ดูเหมือนว่าแม่พิมพ์จะติดกัน แต่จริงๆ แล้วมีช่องว่างระหว่างพวกมัน ช่องว่างเหล่านี้เรียกว่าเส้นอาลักษณ์ วัตถุประสงค์ของเส้นอาลักษณ์คือเพื่อตัดชิปแต่ละตัวออกจากเวเฟอร์หลังการประมวลผลและประกอบเป็นชิป ระยะห่างของเส้นอาลักษณ์ช่วยให้เลื่อยเพชรสามารถตัดแผ่นเวเฟอร์ได้อย่างปลอดภัย

4. โซนเรียบ: พื้นที่นี้ถูกนำมาใช้เพื่อช่วยระบุโครงสร้างเวเฟอร์และทำหน้าที่เป็นเส้นอ้างอิงในระหว่างการประมวลผลเวเฟอร์ เนื่องจากโครงสร้างผลึกของเวเฟอร์ละเอียดมากและไม่สามารถตัดสินด้วยตาเปล่าได้ โซนแบนนี้จึงถูกใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงในการกำหนดทิศทางแนวตั้งและแนวนอนของเวเฟอร์

5. บาก: เมื่อเร็วๆ นี้ มีเวเฟอร์ที่มีรอยบากปรากฏขึ้นมาแทนที่โซนแบนก่อนหน้านี้ เวเฟอร์ที่มีรอยบากจะมีประสิทธิภาพมากกว่าเวเฟอร์ที่มีโซนแบนเนื่องจากสามารถผลิตเศษได้มากกว่า

อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นอุตสาหกรรมการผลิตแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งผลิตเวเฟอร์ และอุตสาหกรรมการผลิต (FAB) ซึ่งออกแบบและผลิตวงจรบนเวเฟอร์ นอกจากนี้ยังมีอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ที่แผ่นเวเฟอร์แปรรูปถูกตัดเป็นชิ้นแล้วบรรจุหีบห่อเพื่อป้องกันความชื้นและความเสียหายทางกายภาพ

วันนี้ เราได้มาแนะนำว่าเวเฟอร์คืออะไร ชื่อของแต่ละส่วนของเวเฟอร์ และวิธีการผลิตเวเฟอร์ เราหวังว่าคุณจะพบว่ากระบวนการเซมิคอนดักเตอร์พื้นฐานทั้ง 8 ชุดนี้น่าสนใจและมีประโยชน์