半導体はどのように作られていますか?

半導体はどのように製造されていますか?

何十億もの半導体が私たちの周りの世界の電子化を可能にします。単純な化学元素として始まったものは、電卓や携帯電話などの家電製品から、自動運転車や飛行中のロケットコントローラーなどの高度なコンピューターシステムまで、あらゆるものに電力を供給します。半導体は、データの保存、論理機能の実行などを行います。しかし、どのようにして精製されたシリコンから、相互接続された電子世界全体を可能にするのでしょうか。

シリコンウェーハの作成

半導体の製造は、シリコン(多くの場合、砂や石英から精製された)のような単純な元素から始まります。シリコンが高度に精製されると、シリコンブールと呼ばれる円筒形の結晶インゴットに成形されます。ブールは、ブールサイズと必要なIC歩留まりに応じて、さまざまな直径の非常に薄く均一なウェーハに切断されます。

各ウェーハは、半導体ドーピングと呼ばれるプロセスで正確な量のホウ素やリンなどの元素にさらされます。これにより、材料の電気的特性が変化し、半導体がさまざまな機能を達成できるようになります。

ドープされたシリコンウェーハは、熱処理システムでガスに導入されます。具体的な堆積方法は異なる場合がありますが、汚染物質が電流に干渉する可能性があるため、目標は常にシリコン表面を保護する酸化物層をウェーハ上に生成することです。

フォトリソグラフィと薄膜堆積

集積回路(IC)の用途に応じて、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、抵抗などの集積コンポーネントの複雑なシステムがフォトマスキングを介してウェーハに転送されます。回路設計がウェーハ上にトレースされると、ウェットエッチング(液体エッチング剤)またはドライエッチング(プラズマエッチング剤)によってウェーハにエッチングされます。

半導体は非常に薄いですが、フォトレジストとエッチングから互いに積み重ねられた数十層の材料が含まれています。次に、導電層と絶縁層の薄膜が回路パターンに追加されます。相互接続は、すべての層を電気的に接続するためにウェーハに取り付けられています。

ウェーハテストと半導体ダイシング

ウェーハに必要な相互接続された回路が完成したので、初期テストを行います。ワイヤレスまたは有線自動試験装置(ATE)は、回路プロービング、修復プロセス、ウェーハバーンインなどを含む電子ダイソート(EDS)を実行して、ウェーハに沿った障害のあるICを特定し、ICが切り取られた後、歩留まりからそれらを取り除きます。

ICは、最終的に、半導体ダイシングと呼ばれるプロセスで、ブレードを介して所定のラインに沿ってウェーハから個別に切断されます。ICの使用目的に応じて、半導体テストソケットに挿入して、電圧、電流、抵抗、静電容量などをテストします。

半導体パッケージング

各集積回路パッケージには、ICを回路基板に接続するために使用されるリード線のアレイも含まれています。これらは多くの場合、サイズと接続要件に応じて、ピングリッドアレイ(PGA)のピン、ボールグリッドアレイ(BGA)のはんだ、またはフラットリードなし(QFN / DFN)パッケージで構成されます。最近、一部のICパッケージは、複数のICを3次元集積回路用にパッケージ化するシステムインパッケージ(SiP)構造に進化しています。

最後に、集積回路パッケージは慎重にパッケージ化されてエンドユーザーに送信され、そこでシステムレベルのテストを受けて、最終的に使用される場所のコンテキストで各ICをテストすることができます。

半導体ソリューションのBoydの違い

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