Vom Sand zum fertigen Chip
Quarzsand besteht aus Siliziumdioxid. Bis daraus ein Chip wird, durchläuft das Material mehrere genau festgelegte Schritte.
- Reinstsilizium:Aus dem Sand gewinnt man Rohsilizium und reinigt es bis auf wenige Fremdatome.
- Einkristall:Daraus wird ein einziger großer Kristall gezogen.
- Wafer:Der Kristall wird in dünne Scheiben gesägt und poliert — auf ihnen entstehen Hunderte Chips gleichzeitig.
Fotolithografie, Dotieren, Metallisieren
Auf dem Wafer wiederholt sich derselbe Zyklus Dutzende Male übereinander.
- Belichten:Ein lichtempfindlicher Lack wird durch eine Maske belichtet und dort löslich.
- Ätzen:Die freigelegten Bereiche werden abgetragen.
- Dotieren:Fremdatome werden eingebaut und verändern die Leitfähigkeit.
- Metallisieren:Aufgebrachte Metallbahnen verbinden alles leitend.
- Testen und Vereinzeln:Jeder Chip wird elektrisch geprüft, der Wafer zersägt und jeder gute Chip in ein Gehäuse gesetzt.
Ausbeute eines Wafers:
Ausbeute = Chips, die den Test bestehenChips auf dem Wafer
Ausbeute: Anteil brauchbarer Chips, meist in Prozent angegeben.
Rest: Ausschuss, oft durch einzelne Partikel oder Schichtfehler verursacht.
Vom Sand zum Wafer: Aus Quarzsand wird Reinstsilizium gewonnen, daraus ein Einkristall gezogen und in dünne Scheiben (Wafer) gesägt.
Zyklus: Belichten durch eine Maske, Ätzen, Dotieren und Metallisieren wiederholen sich Dutzende Male; zuletzt wird jeder Chip getestet, der Wafer zersägt und der gute Chip ins Gehäuse gesetzt.
Reinraum: Ein Staubkorn auf einem Chip macht ihn zu Ausschuss. Je sauberer die Fertigung, desto höher die Ausbeute und desto billiger der Chip.
Die Reinheit der Fertigung entscheidet direkt über die Ausbeute.
- Staubkorn:Ein einziges ist größer als eine Leiterbahn und kann sie unterbrechen.
- Reinraum:Ständig gefilterte Luft, Schutzanzüge, Schleusen und hochreine Chemikalien halten Partikel fern.
- Preis:Je höher die Ausbeute, desto günstiger wird der einzelne Chip.
Nach einem Fertigungsschritt liegen einige Staubkörner auf dem Wafer. Jeder Chip, auf dem ein Korn liegt, fällt später beim elektrischen Test durch — markiere diese Chips als Ausschuss, der Zähler rechnet die Ausbeute mit.
Halte fest: Ein Chip ist Ausschuss, sobald mindestens ein Staubkorn auf ihm liegt — zwei Körner im selben Chip zerstören ihn nicht doppelt, ein Korn auf der Sägestraße zwischen den Chips schadet keinem. Je weniger Partikel die Luft enthält, desto weniger Körner landen auf dem Wafer und desto größer ist die Ausbeute.
Allgemeine Hinweise
Drei Punkte, die beim Beschreiben des Fertigungswegs oft durcheinandergeraten:
Partikelarm, nicht keimfrei
Reinraum heißt partikelarm, nicht keimfrei. Der Schutzanzug schützt vor allem das Produkt vor Haaren und Hautschuppen — nicht umgekehrt.
Ätzen und Dotieren unterscheiden
Ätzen und Dotieren sind zwei verschiedene Schritte. Ätzen trägt Material ab, Dotieren baut Fremdatome ein.
Ausbeute richtig berechnen
Die Ausbeute ist gute Chips geteilt durch alle Chips. Ausschuss geteilt durch alle Chips ergibt dagegen die Ausschussquote.