Elektronische componenten IC-chips Geïntegreerde schakelingen IC TPS74701QDRCRQ1 één spotkoop

De relatie tussen wafels en chips

Overzicht wafels

Om de relatie tussen wafers en chips te begrijpen, volgt hieronder een overzicht van de belangrijkste elementen van wafer- en chipkennis.

(i) Wat is een wafel

Wafers zijn siliciumwafels die worden gebruikt bij de productie van geïntegreerde schakelingen van siliciumhalfgeleiders, die vanwege hun ronde vorm wafers worden genoemd;ze kunnen op siliciumwafels worden verwerkt om een ​​verscheidenheid aan circuitcomponenten te vormen en geïntegreerde circuitproducten te worden met specifieke elektrische functies.De grondstof voor wafels is silicium, en er is een onuitputtelijke voorraad siliciumdioxide op het oppervlak van de aardkorst.Siliciumdioxide-erts wordt geraffineerd in vlamboogovens, gechloreerd met zoutzuur en gedestilleerd om een ​​zeer zuiver polysilicium te produceren met een zuiverheid van 99,99999999999%.

(ii) Basisgrondstoffen voor wafels

Silicium wordt geraffineerd uit kwartszand en wafers worden gezuiverd (99,999%) van het element silicium, waarvan vervolgens siliciumstaven worden gemaakt die het materiaal worden voor kwartshalfgeleiders voor geïntegreerde schakelingen.

(iii) Wafelproductieproces

Wafers zijn het basismateriaal voor de productie van halfgeleiderchips.De belangrijkste grondstof voor geïntegreerde halfgeleidercircuits is silicium en komt daarom overeen met siliciumwafels.

Silicium wordt in de natuur veel aangetroffen in de vorm van silicaten of siliciumdioxide in rotsen en grind.De vervaardiging van siliciumwafels kan worden samengevat in drie basisstappen: siliciumraffinage en -zuivering, groei van monokristallijn silicium en wafelvorming.

De eerste is siliciumzuivering, waarbij de grondstof zand en grind in een vlamboogoven wordt geplaatst bij een temperatuur van ongeveer 2000 °C en in aanwezigheid van een koolstofbron.Bij hoge temperaturen ondergaan de koolstof en het siliciumdioxide in het zand en grind een chemische reactie (koolstof combineert met zuurstof, waardoor silicium overblijft) om zuiver silicium te verkrijgen met een zuiverheid van ongeveer 98%, ook bekend als silicium van metallurgische kwaliteit, wat niet het geval is. zuiver genoeg voor micro-elektronische apparaten omdat de elektrische eigenschappen van halfgeleidermaterialen zeer gevoelig zijn voor de concentratie van onzuiverheden.Silicium van metallurgische kwaliteit wordt daarom verder gezuiverd: het gebroken silicium van metallurgische kwaliteit wordt onderworpen aan een chloreringsreactie met gasvormig waterstofchloride om vloeibaar silaan te produceren, dat vervolgens wordt gedestilleerd en chemisch gereduceerd door een proces dat zeer zuiver polykristallijn silicium oplevert met een zuiverheid van 99,99999999999. %, wat silicium van elektronische kwaliteit wordt.

Vervolgens komt monokristallijne siliciumgroei, de meest gebruikelijke methode die direct trekken wordt genoemd (CZ-methode).Zoals weergegeven in het onderstaande diagram, wordt polysilicium met hoge zuiverheid in een kwartskroes geplaatst en continu verwarmd met een grafietverwarmer rondom de buitenkant, waarbij de temperatuur op ongeveer 1400 ° C wordt gehouden.Het gas in de oven is meestal inert, waardoor het polysilicium kan smelten zonder ongewenste chemische reacties te veroorzaken.Om enkele kristallen te vormen, wordt ook de oriëntatie van de kristallen gecontroleerd: de smeltkroes wordt geroteerd met de polysiliciumsmelt, een entkristal wordt erin ondergedompeld en een trekstaaf wordt in de tegenovergestelde richting gedragen terwijl deze langzaam en verticaal omhoog wordt getrokken vanaf de onderkant. silicium smelt.Het gesmolten polysilicium plakt aan de bodem van het zaadkristal en groeit naar boven in de richting van de roosteropstelling van het zaadkristal.