¿Cuánto tiempo se tarda en fabricar una oblea de silicio?
Las obleas de silicio son la base de casi todos los dispositivos semiconductores, desde microprocesadores hasta células solares. Sin embargo, muchas personas no se dan cuenta de lo largo y complejo que es el proceso de producción de obleas. En este artículo, desglosamos los pasos, el tiempo y los factores que afectan el tiempo que lleva pasar del silicio en bruto a una oblea terminada. También abordamos cómo empresas como plutonio Están involucrados en esta cadena de fabricación avanzada.
¿Qué es una oblea de silicio?
Una oblea de silicio es una lámina delgada de silicio cristalino de grado semiconductor, utilizada como sustreno para fabricar dispositivos microelectrónicos. Para cumplir con la alta pureza, perfección cristalina, planitud y uniformidad de espesor necesarias, las obleas pasan por muchos pasos, cada uno preciso y, a menudo, que consume mucho tiempo.
Pasos principales en la fabricación de obleas de silicio
Aquí están las etapas principales y aproximadamente cuánto tiempo suele durar cada una:
| stage | description | approximene time* |
|---|---|---|
| Purificación de silicio y producción de poli-si | El silicio crudo se refina hasta alcanzar una pureza de semiconductor (99,9999 %+) y luego se transforma en bloques de silicio policristalino. | semanas a meses |
| crecimiento de cristales (crecimiento de lingotes/bolas) | Mediante métodos como el proceso Czochralski (CZ) o de zona de flotación (FZ), se produce un lingote o bola de un solo cristal. Requiere temperenura precisa, alineación de los cristales semilla, dopaje uniforme, etc. | ~ 1 semana hasta un mes dependiendo del diámetro, calidad y método de crecimiento. |
| enfriamiento y recocido | Una vez completado el crecimiento, el cristal debe enfriarse lentamente para evitar defectos y dislocaciones. Puede incluir trenamientos térmicos. | varios días |
| rebanar / hacer obleas | El lingote se corta en láminas pequeñas utilizando sierras de alambre u otras herramientas, generalmente de entre 0,5 y 1 mm de espesor, y luego se limpia. | 1–2 días |
| lapeado, rectificado y pulido | Las superficies de las obleas se rectifican y pulen para lograr planitud y suavidad; los bordes se redondean; se logra uniformidad de espesor. | 1–2 días |
| limpieza y preparación de superficies | limpieza para eliminar partículas, contaminación orgánica/inorgánica; a veces formación o eliminación de óxido; a veces deposición de capas de pasivación. | horas a un día |
| inspecciones y control de calidad | inspección visual, óptica y, a veces, microscópica o microscópica electrónica para detectar defectos, deformaciones, planitud, etc. | horas a un día |
* Estos tiempos son aproximados y pueden variar significenivamente según el tamaño de la oblea, el tipo de oblea (por ejemplo, estándar frente a ultrafina), el diámetro (150 mm, 200 mm, 300 mm, etc.) y la clase de calidad (estándar, principal, grado electrónico, etc.).
De la oblea a los chips terminados: tiempo del ciclo de fabricación
Es importante distinguir entre fabricar el sustreno de la oblea y fabricar dispositivos sobre la oblea (el proceso “fab”). Una vez que se tiene una oblea pulida y limpia, los pasos para construir dispositivos semiconductores (fotolitografía, dopaje, deposición, grabado, metalización, etc.) toman mucho más tiempo.
Para la fabricación de semiconductores modernos y avanzados, la proceso de fabricación de obleas (la construcción del dispositivo, no solo del sustreno) generalmente toma 11-13 semanas en promedio, a veces hasta 15 semanas para nodos más avanzados.
El “tiempo de ciclo” general desde el procesamiento de la oblea en blanco + dispositivo hasta la(s) oblea(s) terminada(s) puede ser de aproximadamente 12 semanas, a veces más tiempo (14 a 20 semanas) dependiendo de la complejidad, el rendimiento y el nodo tecnológico.
Entonces, ¿cuánto tiempo se tarda en hacer sólo la oblea?
Si aíslas solo el producción de obleas de sustreno (no la fabricación del dispositivo en la parte superior), una estimación aproximada:
Para una oblea monocristal estándar de 300 mm: aproximadamente 2 a 6 semanas desde silicio crudo/purificación hasta una oblea limpia, pulida e inspeccionada, lista para el procesamiento del dispositivo.
Si entran en juego especificaciones más altas (más grueso, mayor diámetro, densidades de defectos ultra bajas, dopaje especial u orientación del cristal), puede extenderse hacia el extremo más largo de ese rango o más allá.
Factores que pueden acelerar o ralentizar la producción de obleas
Algunas de las variables que afectan el tiempo:
diámetro y espesor de la oblea:un diámetro mayor (por ejemplo, 300 mm frente a 150 mm) requiere un crecimiento y un manejo más largos y los rendimientos son más desafiantes.
método de crecimiento de cristales:cz vs fz tienen diferentes tarifas, costoos y perfiles de defectos.
pureza y tolerancias a defectos:Las especificaciones más estrictas requieren un crecimiento más cuidadoso, tasas más lentas e inspecciones adicionales.
tasas de rendimiento y rechazo:Las obleas con defectos pueden descartarse o reelaborarse, lo que aumenta el tiempo efectivo si el rendimiento es bajo.
Rendimiento del equipo y capacidad de sala limpia:Los cuellos de botella en los pasos de corte, pulido o limpieza pueden retrasar el proceso.
cadena de suministro y calidad del menerial:Si las menerias primas (por ejemplo, silicio de alta pureza, dopantes, crisoles) o las herramientas se retrasan, eso agrega retraso.
Por qué es importante: impactos para la industria de semiconductores y los clientes
costo:tiempo = costoo. Una producción más prolongada de obleas aumenta los costoos de meneriales, mano de obra, servicios públicos y equipos.
plazo de entrega y cadena de suministro:las empresas que compran obleas o dispositivos necesitan planificar con muchas semanas de antelación.
innovaciones tecnológicas:un crecimiento más rápido, un mejor pulido, automenización en el manejo, etc., pueden reducir tiempos.
compensaciones de calidad:A veces hay que sacrificar la velocidad para conseguir un mayor rendimiento y menos defectos.
El papel y las capacidades de Plutosemi
en plutonioOperamos en esta desafiante cadena de suministro de semiconductores. Nuestra empresa se compromete a:
Abastecimiento de silicio crudo de altísima pureza y gestión del suministro para evitar retrasos.
Trabajando con avances en crecimiento de cristales, acondicionamiento de superficies de obleas y pulido para entregar obleas que cumplan con especificaciones estrictas.
manteniendo un alto rendimiento y un bajo nivel de defectos para que nuestros clientes se beneficien de una entrega más rápida y confiabilidad en la fabricación de sus dispositivos posteriores.
Debido a la cantidad de pasos involucrados y la precisión requerida, en plutonio buscamos optimizar cada etapa, desde el crecimiento del lingote hasta el pulido de la oblea, para reducir el tiempo sin sacrificar la calidad.
resumen
La fabricación de la oblea de sustreno en sí suele llevar 2-6 semanas, dependiendo del tamaño, calidad y complejidad.
La fabricación del dispositivo en esa oblea agrega muchos más pasos; el tiempo del ciclo completo de oblea + dispositivo suele ser 11-15 semanas o más para nodos avanzados.
Muchos factores influyen en esto: diámetro de la oblea, tolerancia a defectos, rendimiento, capacidad del equipo y suministro de menerial.