Как скрафтить основную полупроводниковую пластину
Как в майнкрафте сделать продвинутую полупроводниковую пластину. Полупроводниковые пластины для кристального производства. Синяя солнечная полупроводниковая пластина
Группа компаний Остек предлагает высококачественные пластины из различных материалов от ведущих мировых производителей (MEMC, Shin-Etsu, AXT, PlanOptik, CMK, Roditi, Freiberger, Dowa, Sumco и т.д.).
Полупроводниковая пластина — это полуфабрикат для дальнейшего производства микросхем и полупроводниковых приборов.
Полупроводниковые пластины являются основой в микроэлектронном производстве и смежных областях основой для конечного продукта (микросхема, МЭМС-сенсор, микрофлюидное устройство и т.п.).От чистоты и бездефектности пластин зависят качество последующих операций и функциональные возможности конечного изделия.
Стандартные размеры полупроводниковых пластин
Диаметр пластин во многом определяет стоимость конечных изделий.
Диаметр круглой пластины:
Диаметр пластин во многом определяет стоимость конечных изделий. Современные массовые производства переходят на диаметр 450 мм для монокристаллического кремния и 200 мм для арсенида галлия, поскольку на таких пластинах можно разместить очень много одинаковых кристаллов. В то же время, предприятия, специализирующиеся на НИОКР, до сих пор активно используют пластины диаметром 100 и 150 мм.
Технология производства и материалы полупроводниковых пластин
Большая часть микросхем производится на основе пластин монокристаллического кремния (Si), либо эпитаксиальные пластины кремния (Epi Si). Когда требуется более высокое быстродействие и стойкость к внешним электромагнитным воздействиям, используются пластины кремний-на-изоляторе (КНИ, Silicon on Insulator - SOI). Устройства СВЧ изготавливаются на основе пластин арсенида галлия (GaAs), которые также находят широкое применение в производстве светодиодов наряду с пластинами из других прямозонных полупроводников. Акустические устройства и пьезоэлектрические резонаторы изготавливаются на основе пластин монокристаллического кварца. Аморфный кварц (Fused silica) находит широкое применение как временный носитель в технологиях, использующих экстремально тонкие пластины, а также как основа для различных сенсоров. Пластины из стекла активно используются в производстве МЭМС, МОЭМС и оптоэлектронных устройств.
Для создания функциональных слоёв на поверхности пластин и в их объёме используются сложнейшие процессы ионной имплантации, диффузии, фотолитографии, напыления, жидкостного и плазменного травления и прочие. Качество и воспроизводимость данных операций зависит от качества используемых пластин. Предельно важно, чтобы полупроводниковые пластины имели правильную геометрию, потому что это особенно критично в процессах фотолитографии . Все механические и химические свойства пластин должны быть сбалансированы таким образом, чтобы пластина могла подвергнуться большому числу технологических процессов, каждый из которых обладает определённой чувствительностью к свойствам используемых пластин.
В этой части гайда мы поговорим о сплавах и работе с ними. В моде можно сделать несколько сплавов, а также плавить ванильные руды - железо и золото.
Сразу совет: железная и золотая руды при плавке в печи из Tinkers’ Construct не дают опыта, зато с одной руды вы можете получить не один, как обычно, а целых два слитка. Также в плавильной печи можно плавить предметы, состоящие полностью из железа или золота. Например, элементы брони, вагонетки, ножницы, решетки, ведра, бронь для лошадок и т.д. Естественно, все эти предменты должны быть целыми.
Итак, построим плавильную печь . Делается она из различных сушенных блоков. Помните, я советовал вам сделать побольше сушенных кирпичей? (ссыль) Теперь они пойдут в дело.
Схема печи очень проста. Сначала делаем основание, оно может быть размером 3 на 3, 4 на 4 или 5 на 5:
Практика показала, что размера 3 на 3 вполне достаточно. Тем более, что увеличить вместимость печи можно, используя ряды в высоту.
Блоки следующего ряда ставим вынося на 1 блок за основание. Смысла показывать порядовку не вижу. Сразу посмотрите, как это должно выглядеть в готовом виде и поймете:
Необходимые агрегаты плавильной печи, которые устанавливаются в этот ряд над основанием.
Контроллер плавильни :
Создание пластины - Samsung Global Newsroom
Хотя интегральная схема (ИС), также известная как полупроводниковая микросхема, может обмануть вас своим форм-фактором размером с ноготь, на самом деле она заполнена миллиардами электронных компонентов - транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов, которые работают вместе. для выполнения логических операций и хранения данных.
Итак, что нужно для изготовления такой схемы, спросите вы?
Технология, лежащая в основе разработки ИС, выходит далеко за рамки простой сборки отдельных компонентов.Фактически, микроскопические схемы построены на нескольких слоях из различных материалов, и только после того, как эти шаги будут повторены несколько сотен раз, микросхема, наконец, готова.
Сегодня мы представляем новую серию, которая проведет вас через весь процесс производства этого передового устройства, от стадии сырья до окончательного тестирования полупроводникового чипа. Сериал будет состоять из восьми частей и выходить еженедельно.
Читайте первую часть серии, которая знакомит с «холстом» для интегральных схем, также известным как кремниевая пластина.
Что такое вафля?
Пластина, также называемая диском, представляет собой тонкий глянцевый кусочек кремниевого стержня, нарезанный с использованием определенных диаметров. Большинство пластин изготовлено из кремния, извлеченного из песка. Основное преимущество использования кремния заключается в том, что он богат питательными веществами и является самым распространенным элементом в природе сразу после кислорода. Его экологически чистые свойства - дополнительный бонус.
Построение слитка, фундамент под вафли
После извлечения кремния из песка его необходимо очистить, прежде чем можно будет использовать.Сначала его нагревают до тех пор, пока он не превращается в жидкость высокой степени чистоты, а затем затвердевает в кремниевый стержень или слиток, используя обычные методы выращивания, такие как процесс Чохральского (chokh-RAL-skee) или процесс плавающей зоны.
Отрезанные концы кремниевых стержней или слитков
В популярном методе Чохральского используется небольшой кусок твердого кремния (затравка), который помещается в ванну с расплавленным кремнием или поликристаллическим кремнием, а затем медленно вращается по мере того, как жидкость превращается в цилиндрический слиток.Вот почему готовые вафли представляют собой круглые диски.
Придание нового значения термину «тонкий вафельный»
Перед тем, как полностью остыть, конусообразные концы слитка отрезают, а тело разрезают на тонкие пластины одинаковой толщины с помощью острых алмазных пильных полотен. Это объясняет, почему диаметр слитка в конечном итоге определяет размер пластины. На заре полупроводниковой индустрии пластины были всего три дюйма в диаметре.С тех пор размер пластин увеличивался, так как пластины большего размера приводят к увеличению количества микросхем и повышению производительности. Наибольший диаметр пластины, используемой сегодня при производстве полупроводников, составляет 12 дюймов или 300 мм.
Разглаживание - притирка и полировка
Нарезанные вафли необходимо подготовить, прежде чем они будут готовы к производству. Абразивные химикаты и машины полируют неровную поверхность пластины до зеркального блеска. Безупречная поверхность позволяет схемам лучше печатать на поверхности пластины во время процесса литографии, о чем мы расскажем позже.
Знай свою вафлю
Каждая часть готовой пластины имеет свое имя и функцию. Давайте пройдемся по ним по одному.
1. Чип : крошечный кусок кремния с рисунками электронных схем
2. Линии разметки : тонкие нефункциональные промежутки между функциональными деталями, где пила может безопасно разрезать пластину, не повреждая схемы
3. TEG (Test Element Group): шаблон прототипа, который показывает фактические физические характеристики микросхемы (транзисторы, конденсаторы, резисторы, диоды и схемы), чтобы его можно было протестировать, чтобы убедиться в правильности его работы
4. Edge Die : матрицы (чипы) по краю пластины с учетом производственных потерь; пластины большего размера будут иметь относительно меньшие потери чипа
5. Плоская зона : один край пластины, плоско обрезанный, чтобы помочь определить ориентацию пластины и тип
На этом мы подошли к концу первой части серии.Хотите знать, что будет дальше? Затем следите за обновлениями части 2, так как Samsung Tomorrow проведет вас через этап производства диска, обсудив процесс окисления пластины на следующей неделе.
На корейском языке http://samsungsemiconstory.com/95.
,Производство: от пластины до микросхемы
Производство: изготовление вафель
Чтобы создать компьютерный чип, все начинается с процесса Чохральского. Первым шагом этого процесса является плавление чрезвычайно чистого кремния в тигле, который часто делают из кварца. На этом этапе также можно добавить легирующий материал, чтобы изменить свойства конечного кристалла. Как только это будет сделано, одиночный затравочный кристалл погружается в расплавленный кремний, а затем осторожно поднимается с определенной скоростью вращения.В результате получается кусок монокристаллического кремния, который затем разрезается на пластины. Эти пластины могут иметь диаметр до 300 мм в настоящее время и толщину около 0,75 мм, и они полируются, чтобы поверхность была как можно более ровной и ровной.
Производство: Фотолитография / ФЕОЛ
Процесс травления для фотолитографии / Cmglee / CC BY SA
Сканирующий шаговый двигатель средней экспозиции / Everyguy
Как только это будет сделано, пластина подготовлена для фотолитографии.Поверх кремниевой пластины выращивается оксидный слой, а затем вся пластина очищается от загрязнений. Как только это будет сделано, применяется промотор адгезии, чтобы гарантировать, что фоторезист будет правильно прилипать к пластине. Затем фоторезист наносится путем нанесения раствора фоторезиста на пластину. Затем пластина вращается на чрезвычайно высокой скорости в течение от получаса до минуты. Как только это будет сделано, вафля запекается на горячей плите, чтобы избавиться от оставшегося растворителя. При подготовке к экспонированию загружается сетка / фотомаска для одного слоя процесса и совмещается с пластиной.Для увеличения разрешения используется щель экспонирования для оптимизации для меньшей площади экспонирования на системе сетки нитей / проекционных линз, и аберрации уменьшаются.
Как только вся эта подготовка сделана, начинается процесс экспонирования. Интенсивный ультрафиолетовый свет (в настоящее время 193 нм) используется для изменения экспонированного фоторезиста, чтобы позволить проявителю удалить открытую область. Вкратце, тот факт, что ультрафиолетовое излучение используется для проявления участков, которые удаляются, означает, что в чистых помещениях можно использовать только длинноволновый свет, что придает чистым помещениям характерное желтое освещение.Как только это будет сделано, вафля снова запекается. Этот процесс повторяется снова, чтобы правильно проявить фоторезист.
Когда пластина готова, добавляется проявитель. Это удаляет фоторезист с открытых участков. Затем обнаженный оксид вытравливается. Хотя этот процесс может быть выполнен с использованием жидкого агента, современные процессы сухого травления ионизируют газ в вакууме с использованием высокочастотного резонатора, который затем стреляет в обнаженный оксид, чтобы избежать травления за обнаженной частью оксида. После завершения процесса травления фоторезист удаляют путем плазменного озоления или смывания с помощью средства для удаления резиста.
Подводя итог всему, что я только что сказал, процесс заключается в эффективной очистке пластины, нанесении фоторезиста, экспонировании фоторезиста, проявлении фоторезиста, травлении экспонированного оксида и затем удалении оставшегося фоторезиста.
Процесс изготовления CMOS / Cmglee / CC BY SA
Современная пластина подвергнется этому процессу примерно 50 раз перед тем, как создать окончательный законченный чип. Возможно, вам захочется узнать, как все это травление на самом деле создает транзисторы, поэтому мы еще раз рассмотрим простейший случай - КМОП-инвертор.Первый проход литографии используется для разметки области, чтобы мы могли нанести лунку кремния с примесью n-типа, который будет использовать PMOS. Затем оксид снова выращивают и наносят слой поликремния.
Еще один проход литографии выполняется для стравливания части оксида, а затем большей части поликремния. Это оставляет небольшой кусочек в центре открытой подложки, состоящий из диоксида кремния, а затем поликремния. Если это звучит знакомо, это потому, что это структура ворот. Как только это будет сделано, ионная имплантация используется для создания источников и стоков.Лучшее описание ионной имплантации, которое я могу дать, - это взятие иона и его ускорение до высоких скоростей, чтобы внедриться в целевую область, которая покрывает подложку. Как только это будет сделано, для предотвращения дальнейшего роста оксида добавляется слой нитрида, который затем снова травится.
Производство: бэкэнд линии и бэкэнд чипа
Но мы еще не закончили с тем, как сделан чип. Мы только что закончили рассматривать то, что происходит во внешней обработке (FEOL).Теперь пора рассмотреть, что происходит при внутренней обработке (BEOL). После того, как слой нитрида закончен, на всю систему наносится слой металла. Затем этот слой снова травят, чтобы завершить процесс изготовления транзистора. В результате все необходимые компоненты для истока, стока, затвора и корпуса имплантированы с металлическими разъемами для ввода и вывода нашего гипотетического инвертора CMOS.
В реальном кристалле в этом процессе добавляется до 12 слоев, что означает повторение этапа осаждения металла 12 раз.На этом этапе все транзисторы соединяются вместе, а также межслойные соединения (переходные отверстия), конденсаторы (в DRAM), диэлектрическая изоляция и разъемы между микросхемой и корпусом. После завершения обработки BEOL чип упакован и готов к использованию.
Структура микросхемы CMOS
/ Cepheiden / CC BY SA
Конечно, весь производственный процесс несовершенен. Попутно пластина тестируется несколько раз, чтобы убедиться, что на предыдущем этапе нет дефектов.Если на пластине слишком много дефектов, ее нужно выбросить целиком, чтобы не тратить время и деньги на дальнейшую обработку. После завершения обработки FEOL чип тестируется и объединяется с использованием пробника для полупроводниковых пластин. После того, как весь чип упакован, он снова тестируется, чтобы убедиться, что весь пакет полностью исправен. Этапы упаковки и финального тестирования также известны как конечная стадия изготовления микросхем.
Резюме
Чтобы рассмотреть все, что мы только что рассмотрели, мы начали с физики полупроводников.Затем мы перешли к физике транзисторов. После этого мы рассмотрели, как сделать логику на этих транзисторах. Наконец, мы рассмотрели, как на самом деле создавать транзисторы с помощью логики. Это было бы хорошим местом для остановки, но самоуспокоенность - ужасная причина для этого.
Теперь вопрос в том, как сделать работу быстрее с меньшей мощностью. Для этого нам нужно выяснить, как уменьшить размер элемента, чтобы упаковать больше транзисторов ближе друг к другу. Для сравнения: 43 года назад, в 1971 году, с Intel 4004 мы имели размер элемента 10 000 нанометров.Это примерно в 455 раз больше, чем размер 22-нанометрового элемента, который мы видим в процессорах Intel Haswell. Пришло время узнать, как это было достигнуто.
,Полупроводники, транзисторы и интегральные схемы - интегральные схемы
Открытие полупроводников, изобретение транзисторов и создание интегральной схемы - вот что делает возможным закон Мура и, как следствие, современную электронику. До изобретения транзистора наиболее широко используемым элементом в электронике была электронная лампа . Инженеры-электрики использовали вакуумные лампы для усиления электрических сигналов. Но электронные лампы имеют тенденцию ломаться, и они также выделяют много тепла.
Bell Laboratories начала искать альтернативу электронным лампам для стабилизации и укрепления растущей национальной телефонной сети в 1930-х годах. В 1945 году лаборатория сосредоточилась на поиске способа использования полупроводников . Полупроводник - это материал, который может действовать как проводник и как изолятор . Проводники - это материалы, которые пропускают поток электронов - они проводят электричество. Изоляторы имеют атомную структуру, которая препятствует потоку электронов.Полупроводники могут делать и то, и другое.
Контроль потока электронов - вот что заставляет электронику работать. Поиск способа использовать уникальную природу полупроводников стал одним из главных приоритетов Bell Labs. В 1947 году Джон Бардин и Уолтер Браттейн построили первый рабочий транзистор . Транзистор - это устройство, предназначенное для управления потоками электронов - у него есть затвор, который, когда он закрыт, предотвращает прохождение электронов через транзистор. Эта основная идея лежит в основе того, как работает практически вся электроника.
Ранние транзисторы были огромными по сравнению с производителями транзисторов сегодня. Самый первый был высотой в полдюйма (1,3 сантиметра). Но как только инженеры научились создавать работающие транзисторы, началась гонка за их создание все лучше и меньше. Первые несколько лет транзисторы существовали только в научных лабораториях, так как инженеры улучшили конструкцию.
В 1958 году Джек Килби внес следующий огромный вклад в мир электроники: интегральная схема .Ранее электрические цепи состояли из ряда отдельных компонентов. Инженеры-электрики собирали каждую деталь, а затем прикрепляли их к фундаменту, который называется подложкой . Килби экспериментировал с построением схемы из цельного куска полупроводникового материала и наложением на нее металлических частей, необходимых для соединения различных частей схемы. В результате появилась интегральная схема.
Следующей крупной разработкой стал планарный транзистор .Чтобы сделать планарный транзистор, компоненты травятся непосредственно на полупроводниковой подложке. Это делает одни части субстрата выше других. Затем вы наносите на основу напыленную металлическую пленку. Пленка прилипает к выступающим частям полупроводникового материала, покрывая его металлом. Металл создает связи между различными компонентами, которые позволяют электронам переходить от одного компонента к другому. Это почти как печать схемы прямо на полупроводниковой пластине.
,
