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Die Beziehung zwischen Wafern und Chips

Übersicht Wafer

Um die Beziehung zwischen Wafern und Chips zu verstehen, finden Sie im Folgenden einen Überblick über die Schlüsselelemente des Wissens über Wafer und Chips.

(i) Was ist eine Waffel?

Wafer sind Siliziumwafer, die bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltkreisen aus Silizium verwendet werden und wegen ihrer kreisförmigen Form Wafer genannt werden.Sie können auf Siliziumwafern verarbeitet werden, um eine Vielzahl von Schaltkreiskomponenten zu bilden und zu integrierten Schaltkreisprodukten mit spezifischen elektrischen Funktionen zu werden.Der Rohstoff für Wafer ist Silizium, und auf der Oberfläche der Erdkruste gibt es einen unerschöpflichen Vorrat an Siliziumdioxid.Siliziumdioxid-Erz wird in Elektrolichtbogenöfen raffiniert, mit Salzsäure chloriert und destilliert, um ein hochreines Polysilizium mit einer Reinheit von 99,99999999999 % herzustellen.

(ii) Grundrohstoffe für Wafer

Silizium wird aus Quarzsand raffiniert und Wafer werden (99,999 %) vom Element Silizium gereinigt, das dann zu Siliziumstäben verarbeitet wird, die das Material für Quarzhalbleiter für integrierte Schaltkreise werden.

(iii) Wafer-Herstellungsprozess

Wafer sind das Grundmaterial für die Herstellung von Halbleiterchips.Der wichtigste Rohstoff für integrierte Halbleiterschaltkreise ist Silizium und entspricht daher den Siliziumwafern.

Silizium kommt in der Natur häufig in Form von Silikaten oder Siliziumdioxid in Gesteinen und Kies vor.Die Herstellung von Siliziumwafern lässt sich in drei grundlegende Schritte zusammenfassen: Siliziumveredelung und -reinigung, Einkristall-Siliziumwachstum und Waferformung.

Die erste ist die Siliziumreinigung, bei der das Rohmaterial Sand und Kies bei einer Temperatur von etwa 2000 °C und in Gegenwart einer Kohlenstoffquelle in einen Elektrolichtbogenofen gegeben wird.Bei hohen Temperaturen gehen der Kohlenstoff und das Siliziumdioxid im Sand und Kies eine chemische Reaktion ein (Kohlenstoff verbindet sich mit Sauerstoff und es bleibt Silizium zurück), um reines Silizium mit einer Reinheit von etwa 98 % zu erhalten, das auch als metallurgisches Silizium bezeichnet wird, was nicht der Fall ist rein genug für mikroelektronische Geräte, da die elektrischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien sehr empfindlich auf die Konzentration von Verunreinigungen reagieren.Daher wird Silizium in metallurgischer Qualität weiter gereinigt: Das zerkleinerte Silizium in metallurgischer Qualität wird einer Chlorierungsreaktion mit gasförmigem Chlorwasserstoff unterzogen, um flüssiges Silan zu erzeugen, das dann destilliert und durch einen Prozess chemisch reduziert wird, der hochreines polykristallines Silizium mit einer Reinheit von 99,99999999999 ergibt %, das zu Silizium in elektronischer Qualität wird.

Als nächstes kommt das monokristalline Siliziumwachstum, die gebräuchlichste Methode namens Direktziehen (CZ-Methode).Wie in der Abbildung unten dargestellt, wird hochreines Polysilizium in einen Quarztiegel gegeben und mit einer Graphitheizung, die die Außenseite umgibt, kontinuierlich erhitzt, wobei die Temperatur bei etwa 1400 °C gehalten wird.Das Gas im Ofen ist normalerweise inert, sodass das Polysilizium schmelzen kann, ohne dass es zu unerwünschten chemischen Reaktionen kommt.Um Einkristalle zu bilden, wird auch die Ausrichtung der Kristalle kontrolliert: Der Tiegel wird mit der Polysiliciumschmelze gedreht, ein Impfkristall wird darin eingetaucht und ein Ziehstab wird in die entgegengesetzte Richtung geführt, während er langsam und vertikal aus dem Tiegel herausgezogen wird Siliziumschmelze.Das geschmolzene Polysilizium bleibt am Boden des Impfkristalls haften und wächst in Richtung der Gitteranordnung des Impfkristalls nach oben.