Acabei de entrar na indústria de semicondutores e muito conhecimento precisa ser aprendido sistematicamente. Eu queria começar com um conhecimento simples e fácil de entender, então, com a ajuda de meu tutor, encontrei este curso e comecei minha jornada de semicondutores deste curso. Bar.
Estou apenas refinando o conteúdo do vídeo e minha própria experiência de aprendizado. Para obter detalhes, ainda preciso assistir ao
vídeo do curso .
Explicação detalhada da fabricação de cavacos. Da areia ao wafer. Notas de estudo. Um
A primeira lição é um filme tutorial, que pode fornecer uma compreensão macroscópica da situação atual dos chips domésticos, o processo de produção de chips e focar na explicação do processo da areia à bolacha.
1. O dilema dos chips domésticos
A dificuldade está na fabricação, especificamente uma série de equipamentos e materiais essenciais . Incluindo, entre outros, máquinas de fotolitografia, fotorresistentes, equipamentos de deposição de película fina, implantadores de íons, etc. Essas etapas principais são basicamente monopolizadas por fabricantes estrangeiros.
2. Basta resolver o processo de fabricação de chips
O título da primeira lição vem do vídeo promocional da intel (Intel), da areia ao silício a fabricação de um chip – da areia à fabricação de chips de silício.
A razão para dizer isso é que o mainstream atual ainda são os chips à base de silício, que é diferente dos metais preciosos e é mais fácil de obter. O conteúdo na crosta terrestre chega a 26,3%, e os elementos com maior teor de elementos na crosta terrestre são óxido de silício, alumínio, ferro e cálcio. Oxigênio e silício compõem a areia que pode ser encontrada em toda a natureza. O componente principal é SiO 2 , portanto, o primeiro passo para fazer um chip é converter SiO 2 em lingote de silício ( lingote de silício ) e, em seguida, retirar a haste de silício após a purificação e o método Czochralski. As hastes são então cortadas, retificadas e polidas. Um pedaço de wafer de silício ( wafer bruto ) em forma de disco é produzido e enviado para a fábrica por meio de fotolitografia e corrosão para esculpir a estrutura física do transistor. E por meio de implantação e revestimento de íons, etc., é dotado de características elétricas. Desta forma, centenas de milhões de dispositivos eletrônicos e seus respectivos circuitos lógicos são formados nestes processos repetidos e se transformam em centenas de chips em um wafer, finalmente, são cortados e separados e embalados e testados para completar o desenvolvimento de cada chip. .
3. Diagrama de esboço de cada etapa
1. Cavacos à base de silício são originários da areia (SiO 2 )
2. Redução de SiO2 em lingote de silício
3. Método de purificação e Czochralski
4. Corte, retificação e polimento
Corte um pedaço de wafer de silício (wafer cru) como um CD
5. Litografia e gravura
Esculpir a estrutura física do transistor.
6. Implantação e revestimento de íons
Dar características elétricas
para formar circuitos lógicos
torna-se centenas de chips em um wafer.
7. Teste de embalagem de corte e separação
8. Nascem os chips
4. Processo específico - da areia às hastes de silício
Matéria-prima: não a areia do rio no canteiro de obras, mas a sílica com maior teor de silício , o principal componente é o SiO2.
A vida anterior do chip tem que passar por três vidas e três vidas, fundindo e puxando.
Etapas de alimentação: sílica -> lingote de silício -> haste de silício fosco (silício policristalino) -> haste de silício espelho (silício monocristalino)
(1) Sílica -> lingote de silício, utilizando um cadinho (equipamento de alquimia, também conhecido como forno de arco submerso ou forno de arco elétrico) para refinar. O material principal é o grafite (contendo o elemento C, que é um alótropo do carbono, com um ponto de fusão de até 3800°C e um pequeno coeficiente de expansão)
Adicione materiais, carbono, lascas de madeira.
Reação principal:
Reações secundárias:
Aqui está um prenúncio: o carboneto de silício é a terceira geração de semicondutores: produtos de luxo de alta qualidade para componentes de energia
Se o teor de SiO2 for alto, o SiC pode continuar a reagir. Após
o líquido de silício na reação principal ser condensado, um lingote de silício relativamente puro é obtido, que é silício industrial de grau de fundição com uma pureza de 98% ~ 99%. (As impurezas são ferro e alumínio)
a fundição de silício do meu país responde por 65% da produção global (dados de 2019)
(2) Lingote de silício -> Bastão de silício fosco (polissilício), prática comum: Purificar com gás HCl, desenvolvido pela Siemens em 1955, também conhecido como método Siemens . Reação principal:
Impurezas: FeCl3, AlCl3, SiCl4, através dos diferentes pontos de ebulição do gás, através do controle da temperatura da torre de destilação, o SiHCl3 é separado (o menor ponto de ebulição).
Finalmente , na reação de redução de SiHCl3 a Si , apenas o silício é sólido e o restante é líquido.
Neste momento, a pureza do silício é 99,999 999 999 99%, e a haste de silício neste momento é chamada de polissilício (fosco).
o polissilício do meu país responde por 69,2% da produção mundial (dados de 2019), sendo utilizado principalmente na indústria fotovoltaica (módulos e painéis solares).
(3) hastes de silício fosco (polissilício) -> hastes de silício de espelho (silício de cristal único), o método principal: processo Czochralski, também conhecido como processo Czochralski , método de tração . O método específico: aqueça e derreta o polissilício em um cadinho de quartzo, insira uma pequena tira de silício monocristalino como um cristal de semente, gire lentamente para cima e puxe-o e, finalmente, a espessura e a qualidade da haste de silício obtida dependem da temperatura de trabalho, rotação velocidade e velocidade de tração.
Outros métodos incluem o método de fundição regional (processo de zona flutuante), que consiste em colocar um aquecedor de anel na haste de polissilício para criar uma zona de fusão estreita que pode se mover em paralelo. É equivalente a derreter e ressolidificar hastes de silício em seções. O refino e a purificação do silício monocristalino são realizados usando a diferença entre a fase sólida e a fase líquida e as impurezas.
Vantagens: Não é adequado para cadinhos, portanto, impurezas podem ser evitadas.
O método de tração também tem suas próprias vantagens: pode ser dopado com outras substâncias na solução do cadinho, como fósforo, boro e outros materiais, para produzir semicondutores de impurezas.
A jornada de um grão de areia a uma barra de silício termina aqui. Na sequência, as hastes de silício são moídas, cortadas em fatias finas e polidas, nascendo a matéria-prima para a fabricação dos chips – os wafers de silício para a produção de wafers.
5. Análise do mercado global de pastilhas de silício
Atualmente, o mercado de wafer de silício é controlado principalmente por cinco empresas.
1. Shin-Etsu Chemical do Japão
2. Sheng Gao Group do Japão
3. Global Wafer de Taiwan
4. Shichuang da Alemanha
5. Grupo SK da Coréia do Sul
Essas cinco empresas controlam 90% do fornecimento mundial de chips.