Wafer

Come wafer [ ˈweɪf (r) ] ( inglese per "biscotto sottile" o "fetta sottile di pane") sono circolari o quadrati, fette spesse circa un millimetro in microelettronica , fotovoltaico e tecnologia dei microsistemi . Sono realizzati da semilavorati monocristallini o policristallini ( semiconduttori ), i cosiddetti lingotti , e sono solitamente utilizzati come substrato (piastra di base) per componenti elettronici , inclusi circuiti integrati (IC, "chip"), componenti micromeccanici o rivestimenti fotoelettrici. Nella produzione di componenti microelettronici, più wafer vengono solitamente combinati in un lotto e lavorati direttamente uno dopo l'altro o anche in parallelo (vedi produzione del lotto ).

Wafer da 2 pollici a 8 pollici

Un wafer policristallino come quello utilizzato per le celle solari

costruzione

Nella maggior parte dei casi, un disco è realizzato in silicio monocristallino , ma vengono utilizzati anche altri materiali come il carburo di silicio , l' arseniuro di gallio e il fosfuro di indio . Nella tecnologia microsystem vengono utilizzati anche wafer di vetro con uno spessore compreso tra 1 mm.

I dischi sono prodotti in diversi diametri. I principali diametri dei wafer attualmente utilizzati differiscono a seconda del materiale semiconduttore e dell'uso previsto (silicio: 150 mm, 200 mm e 300 mm - 450 mm sono in discussione; arseniuro di gallio : 2  pollici , 3 pollici, 100 mm, 125 mm e 150 mm - 200 mm tecnicamente fattibile). Più grande è il wafer, più circuiti integrati possono essere alloggiati su di esso. Poiché lo scarto geometrico è più piccolo con wafer più grandi, i circuiti integrati possono essere prodotti in modo più economico (vedere rendimento (tecnologia dei semiconduttori) ). Per massimizzare la resa, le cialde vengono prodotte in camere bianche .

I costi di produzione dei wafer non strutturati dipendono dal diametro e dal materiale (silicio, germanio , arseniuro di gallio, ecc.) Nonché dal processo di fabbricazione (vedi sotto). I costi per i wafer lavorati, i cosiddetti wafer strutturati, aumentano in modo significativo con il numero di fasi del processo. Anche dopo la produzione delle strutture STI , i costi rispetto ai wafer non strutturati sono almeno raddoppiati. Oltre al numero di fasi del processo eseguite, i costi dipendono in modo significativo anche dalle dimensioni della struttura utilizzata. I chip per computer su un wafer medio da 200 mm con una dimensione della struttura di 90 nm ( tecnologia a 90 nm ) erano circa 850 euro per wafer a metà del 2008. Tuttavia, i costi di produzione dei migliori prodotti (su wafer da 300 mm), schede grafiche AMD con tecnologia a 28 nm e processori Intel con tecnologia a 22 nm sono significativamente più alti. A seconda delle dimensioni del chip, è possibile produrre da poche dozzine a poche centinaia di chip su un wafer di questo tipo. Questi costi non includono le spese che sorgono dopo che il chip è stato fabbricato, ad esempio il confezionamento dei chip in alloggiamenti.

Produzione

Lingotto di silicio monocristallino

La produzione di wafer inizia con un blocco di materiale semiconduttore chiamato lingotto . I lingotti possono avere una struttura monocristallina o policristallina e vengono solitamente prodotti utilizzando uno dei seguenti processi:

• Processo di fusione a zone
• Metodo Czochralski , ad es. il processo Czochralski incapsulato in liquido (processo LEC)
• Metodo Bridgman-Stockbarger
• Blocco gradiente verticale (VGF)
• Procedura del piedistallo
• Processo di block casting o processo Bridgman con un processo di fusione e raffreddamento controllato per il silicio policristallino

Tutte queste lavorazioni alla fine producono singoli o policristalli più o meno cilindrici o quadrati che devono essere segati in fette, le cialde, trasversalmente al loro asse longitudinale. Il taglio del foro interno è stato sviluppato per ottimizzare la precisione di questo taglio speciale con il minor scarto possibile . Le lame di taglio portano i denti di taglio (possibilmente diamanti da taglio ) all'interno di un foro interno, che deve essere leggermente più grande del diametro del pezzo grezzo. Nel frattempo, tuttavia, la segatura a filo , originariamente sviluppata solo per i wafer solari, si è sempre più affermata.

Denominazioni speciali di wafer possono essere trovate in letteratura, che, tra le altre cose, indicano quale processo di produzione è stato utilizzato. Ad esempio, i wafer che sono stati prodotti utilizzando il processo Czochralski sono indicati come wafer CZ. Analogamente a questo, il termine wafer FZ viene utilizzato per i wafer che sono stati prodotti utilizzando il processo della zona di galleggiamento .

Per la maggior parte delle applicazioni, le superfici dei wafer devono essere lucidate con una finitura otticamente a specchio. Per fare ciò, le cialde vengono prima lappate e poi trattate con una lucidatura chimico-meccanica fino al raggiungimento della rugosità superficiale richiesta (pochi nanometri ). Ulteriori parametri geometrici importanti dei wafer sono le fluttuazioni dello spessore globale ( variazione dello spessore totale inglese , TTV), il tipo e le dimensioni dell'ordito ( ordito del wafer inglese ) o dell'ordito ( arco del wafer inglese ) e molto altro.

Etichettatura

Convenzioni per la marcatura di wafer di silicone (1-4 pollici) con flat (aree rosse)

Poiché la posizione esatta nella macchina di lavorazione è importante per la lavorazione dei wafer, i wafer (per arseniuro di gallio fino a 125 mm di diametro, per silicio fino a 150 mm di diametro) sono contrassegnati con i cosiddetti " piatti ". Con l'ausilio di un piatto primario ed eventualmente secondario, si mostra quale orientamento angolare è presente e quale orientamento del cristallo ha la superficie (vedi figura). Per wafer più grandi (per silicio con un diametro di 150 mm o più), vengono utilizzate le cosiddette tacche al posto dei piatti . Offrono il vantaggio di un posizionamento più preciso e, soprattutto, causano meno sprechi.

Al giorno d'oggi, un'identificazione univoca del wafer come codice a barre , testo leggibile OCR e / o codice a matrice di dati viene anche scritta dal laser in un punto vicino alla tacca sul bordo della parte inferiore del wafer.

Nel fotovoltaico

Cella solare pseudo-quadrata in silicio monocristallino

Nel fotovoltaico si distinguono generalmente due tipi di wafer: wafer policristallini (detti anche multicristallini) e monocristallini. Entrambi i tipi vengono prodotti segando i lingotti appropriati . I lingotti policristallini sono costituiti da blocchi di silicio policristallino cuboide, da cui risulta la forma del wafer (per lo più quadrata). I wafer monocristallini, invece, vengono tagliati da lingotti cilindrici monocristallini, poiché vengono utilizzati anche per applicazioni microelettroniche. Di solito hanno una forma "pseudo-quadrata", i. H. con angoli arrotondati. Contrariamente ai wafer a taglio quadrato, ci sono meno rifiuti quando si producono i lingotti monocristallini rotondi. Processi inefficienti e dispendiosi aumentano i costi e peggiorano l'equilibrio ambientale. Inoltre, i rifiuti sono contaminati (e formano una sospensione ) dagli ausili di taglio e dall'abrasione del filo e possono essere recuperati solo con difficoltà. Altri processi come la " crescita a pellicola definita dai bordi " (EFG) di Schott Solar o il " nastro a corde " (SR) di Evergreen Solar consentono di estrarre wafer molto sottili direttamente dalla fusione. Le seghe a filo per acque reflue, energia e rifiuti ad alta intensità non sono più necessarie. Lo spessore del wafer è solitamente molto più sottile rispetto alla microelettronica, circa 200 µm nell'attuale produzione di massa. Non vengono utilizzati processi di lucidatura. In diverse fasi di lavorazione successive , le celle solari e, a loro volta, i moduli solari vengono prodotti dai wafer .

link internet

Wikizionario: Wafer  - spiegazioni di significati, origini delle parole, sinonimi, traduzioni

Prove individuali

1. ↑ sostantivo wafer. In: Oxford Advanced American Dictionary su OxfordLearnersDictionaries.com. Estratto il 25 ottobre 2019 . 
2. ↑ cialde. In: Merriam-Webster. Estratto il 25 ottobre 2019 . 
3. ↑ La tua guida alle specifiche SEMI per i wafer Si. (PDF; 150 kB) Virginia Semiconductor, giugno 2002, accesso 20 settembre 2010 (inglese). 
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12. ↑ Jörn Iken: tirare o segare - un confronto di sistemi solarenergie.com. 4 dicembre 2006, accesso 16 agosto 2010.
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