Elektroniska komponenter IC-chips Integrerade kretsar IC TPS74701QDRCRQ1 köp på en plats

Förhållandet mellan wafers och chips

Översikt över wafers

För att förstå förhållandet mellan wafers och chips är följande en översikt över nyckelelementen för wafer och chips kunskap.

(i) Vad är en wafer

Wafers är kiselwafers som används vid tillverkning av integrerade kiselhalvledarkretsar, som kallas wafers på grund av sin cirkulära form;de kan bearbetas på kiselskivor för att bilda en mängd olika kretskomponenter och bli integrerade kretsprodukter med specifika elektriska funktioner.Råvaran för wafers är kisel och det finns en outtömlig tillgång på kiseldioxid på jordskorpans yta.Kiseldioxidmalm raffineras i ljusbågsugnar, kloreras med saltsyra och destilleras för att producera ett polykisel med hög renhet med en renhet på 99,99999999999 %.

(ii) Basråvaror för wafers

Kisel raffineras från kvartssand och wafers renas (99,999%) från grundämnet kisel, som sedan görs till kiselstavar som blir materialet för kvartshalvledare för integrerade kretsar.

(iii) Tillverkningsprocess för wafer

Wafers är grundmaterialet för tillverkning av halvledarchips.Den viktigaste råvaran för integrerade halvledarkretsar är kisel och motsvarar därför kiselskivor.

Kisel finns i stor utsträckning i naturen i form av silikater eller kiseldioxid i stenar och grus.Tillverkningen av kiselwafers kan sammanfattas i tre grundläggande steg: kiselraffinering och rening, enkristallkiseltillväxt och waferformning.

Den första är kiselrening, där råmaterialet av sand och grus sätts in i en ljusbågsugn vid en temperatur på cirka 2000 °C och i närvaro av en kolkälla.Vid höga temperaturer genomgår kolet och kiseldioxiden i sanden och gruset en kemisk reaktion (kol kombineras med syre och lämnar kisel) för att erhålla rent kisel med en renhet på cirka 98 %, även känt som kisel av metallurgisk kvalitet, vilket inte är tillräckligt ren för mikroelektroniska enheter eftersom de elektriska egenskaperna hos halvledarmaterial är mycket känsliga för koncentrationen av föroreningar.Kisel av metallurgisk kvalitet renas därför ytterligare: det krossade kislet av metallurgisk kvalitet utsätts för en kloreringsreaktion med gasformig väteklorid för att producera flytande silan, som sedan destilleras och reduceras kemiskt genom en process som ger högrent polykristallint kisel med en renhet på 99,9999999 %, som blir kisel av elektronisk kvalitet.

Därefter kommer monokristallin kiseltillväxt, den vanligaste metoden som kallas direkt dragning (CZ-metoden).Som visas i diagrammet nedan placeras högrent polykisel i en kvartsdegel och värms kontinuerligt med en grafitvärmare som omger utsidan, vilket håller temperaturen på cirka 1400 °C.Gasen i ugnen är vanligtvis inert, vilket gör att polykiseln kan smälta utan att skapa oönskade kemiska reaktioner.För att bilda enkristaller kontrolleras också orienteringen av kristallerna: degeln roteras med polykiselsmältan, en frökristall nedsänks i den och en dragstång bärs i motsatt riktning samtidigt som den långsamt och vertikalt dras uppåt från kisel smälta.Det smälta polykislet fastnar på botten av frökristallen och växer uppåt i riktning mot frökristallens gitterarrangemang.