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Il rapporto tra wafer e chip

Panoramica dei wafer

Per comprendere la relazione tra wafer e chip, quella che segue è una panoramica degli elementi chiave della conoscenza di wafer e chip.

(i) Cos'è un wafer

I wafer sono wafer di silicio utilizzati nella produzione di circuiti integrati a semiconduttore di silicio, chiamati wafer per la loro forma circolare;possono essere lavorati su wafer di silicio per formare una varietà di componenti circuitali e diventare prodotti di circuiti integrati con funzioni elettriche specifiche.La materia prima per i wafer è il silicio e sulla superficie della crosta terrestre c'è una riserva inesauribile di biossido di silicio.Il minerale di biossido di silicio viene raffinato in forni elettrici ad arco, clorurato con acido cloridrico e distillato per produrre un polisilicio ad alta purezza con una purezza del 99,999999999999%.

(ii) Materie prime di base per wafer

Il silicio viene raffinato dalla sabbia di quarzo e i wafer vengono purificati (99,999%) dall'elemento silicio, che viene poi trasformato in barre di silicio che diventano il materiale per semiconduttori di quarzo per circuiti integrati.

(iii) Processo di produzione dei wafer

I wafer sono il materiale di base per la produzione di chip semiconduttori.La materia prima più importante per i circuiti integrati a semiconduttore è il silicio e corrisponde quindi ai wafer di silicio.

Il silicio è ampiamente presente in natura sotto forma di silicati o biossido di silicio nelle rocce e nelle ghiaie.La produzione di wafer di silicio può essere riassunta in tre fasi fondamentali: raffinazione e purificazione del silicio, crescita del silicio monocristallino e formazione dei wafer.

Il primo è la purificazione del silicio, dove la materia prima composta da sabbia e ghiaia viene immessa in un forno elettrico ad arco a una temperatura di circa 2000 °C e in presenza di una fonte di carbonio.Ad alte temperature, il carbonio e il biossido di silicio presenti nella sabbia e nella ghiaia subiscono una reazione chimica (il carbonio si combina con l'ossigeno, lasciando il silicio) per ottenere silicio puro con una purezza di circa il 98%, noto anche come silicio di grado metallurgico, che non è sufficientemente puro per dispositivi microelettronici perché le proprietà elettriche dei materiali semiconduttori sono molto sensibili alla concentrazione di impurità.Il silicio di grado metallurgico viene quindi ulteriormente purificato: il silicio di grado metallurgico frantumato viene sottoposto a una reazione di clorurazione con acido cloridrico gassoso per produrre silano liquido, che viene poi distillato e ridotto chimicamente mediante un processo che produce silicio policristallino di elevata purezza con una purezza di 99,99999999999 %, che diventa silicio di grado elettronico.

Poi arriva la crescita del silicio monocristallino, il metodo più comune chiamato estrazione diretta (metodo CZ).Come mostrato nello schema seguente, il polisilicio ad alta purezza viene posto in un crogiolo di quarzo e riscaldato continuamente con un riscaldatore in grafite che circonda l'esterno, mantenendo la temperatura a circa 1400 °C.Il gas nel forno è solitamente inerte e consente al polisilicio di fondersi senza creare reazioni chimiche indesiderate.Per formare i cristalli singoli, si controlla anche l'orientamento dei cristalli: si fa ruotare il crogiolo con il polisilicio fuso, si immerge in esso un seme di cristallo e si trascina un'asta di trafilatura nella direzione opposta tirandola lentamente e verticalmente verso l'alto dal fusione del silicio.Il polisilicio fuso aderisce al fondo del cristallo seme e cresce verso l'alto in direzione della disposizione reticolare del cristallo seme.