【Kreatives Kultivierungsprogramm】Warum werden Chips nicht in runde Formen gebracht?

Autor: Zhou Lei

Egal, ob Sie ein Elektronik-Enthusiast sind oder nicht, ich glaube, die meisten Menschen sind mit dem Wort „Chip“ vertraut. Von großen Gegenständen wie Fernsehern, Kühlschränken und Klimaanlagen bis hin zu kleinen Gegenständen wie Mobiltelefonen, Uhren und Rasierapparaten ist es in fast jeder Ecke um uns herum zu finden. Doch egal um welches Gerät es sich handelt, der Chip im Inneren hat eine rechteckige Form. Warum werden Chips nicht rund oder in anderen Formen hergestellt?

Um dieses Problem zu erklären, müssen wir mit der Chipherstellung beginnen.

Bei der Chipherstellung gibt es vier Hauptprozesse. Das vorgelagerte IC-Designunternehmen (Integrierte Schaltkreise) entwirft den Schaltplan entsprechend den Anforderungen und das Siliziumwafer-Herstellungsunternehmen stellt den Siliziumwafer her. Die Midstream-IC-Hersteller übertragen die entworfenen Schaltkreisdiagramme auf Silizium-Wafer und senden die Wafer schließlich zur Verpackung und Prüfung an die nachgelagerten IC-Verpackungsfabriken.

Der Hauptgrund für die rechteckige Form von Chips liegt im Herstellungsprozess der Wafer. Der Hauptbestandteil von Chips ist Silizium. Um aus gewöhnlichem Sand Chips zu machen, die teurer sind als Gold, muss das Silizium zunächst gereinigt werden. Durch Hochtemperaturerhitzung, Reinigung, Filtration und andere Prozesse kann hochreines Polysilizium aus Siliziumdioxid gewonnen werden. Das Polysilizium wird dann in einkristallines Silizium mit extrem hoher Reinheit, stabiler Struktur und guten elektrischen Eigenschaften umgewandelt, das sich für die Herstellung von Chips eignet. Die in der Industrie derzeit vorherrschende Methode für diese Reihe von Prozessen ist die CZ-Methode, die 1918 vom ehemaligen sowjetischen Wissenschaftler Czochralski erfunden wurde.

Bei der CZ-Methode wird Polysilizium aus Quarzsand extrahiert, in einen Quarztiegel gegeben und bei hoher Temperatur geschmolzen. Dann wird ein kleiner Impfkristall oder Kristallkeim in die Lösung gegeben. Wenn die Siliziumlösung auf den Silizium-Einkristallkeim trifft, wächst sie in geordneter Weise am Ende des Siliziumkeims. Durch die Steuerung der Rotations- und Ziehgeschwindigkeit können Einkristall-Siliziumstäbe unterschiedlicher Größe aus der Lösung gezogen werden. Aufgrund des Rotationsziehens sind die herausgezogenen Einkristall-Siliziumstäbe alle zylindrisch, und die daraus geschnittenen Siliziumscheiben sind ebenfalls rund und werden als „Wafer“ bezeichnet. Chips werden aus Wafern geschnitten.

Der Herstellungsprozess von Einkristall-Silizium ist so kompliziert, dass es als Massenware natürlich gilt: Je mehr Chips man daraus schneiden kann, desto besser. Daher ist das Schneiden der Chips in Quadrate die Option, die den größtmöglichen Nutzen bringt.

Die Frage ist also: Wenn wir andere Methoden verwenden, um Einkristall-Siliziumstäbe in andere Formen zu bringen, können dann auch die Chips in andere Formen gebracht werden?

Wenn man die tatsächlichen Vorteile außer Acht lässt, ist es theoretisch möglich, Silizium-Einkristallstäbe in anderen Formen herzustellen. Denn neben dem Direktziehverfahren gibt es noch weitere Verfahren zur Herstellung von Siliziumstäben, wie beispielsweise das Zonenschmelzverfahren. Doch auch wenn Siliziumstäbe anderer Formen hergestellt werden, können die geschnittenen Siliziumscheiben aufgrund nachfolgender Prozesse nur rund sein.

Denn nachdem der Siliziumwafer ausgeschnitten wurde, muss vor der Fotolithografie ein Fotolack auf den Siliziumwafer aufgetragen werden. Bei der derzeit in der Industrie verwendeten „Spinnmethode“ wird einfach ein Fotolack auf die Mitte des Siliziumwafers aufgetragen und der Siliziumwafer dann gedreht. Wenn die Siliziumscheibe andere Formen hat, ist es wahrscheinlich, dass an manchen Stellen mehr Klebstoff vorhanden ist und an anderen weniger, was zu einem ungleichmäßigen Auftragen führt. Dies passiert nicht bei einem Kreis, der in irgendeiner Richtung rotationssymmetrisch ist.

Selbst wenn Silizium-Einkristallstäbe anderer Formen hergestellt werden, ist es daher immer noch am rentabelsten, die Siliziumscheiben in Kreise zu schneiden. Die daraus geschnittenen Chips haben dann natürlich eine quadratische Form, was den größten Gewinn bringt.

Darüber hinaus ist durch die horizontale und vertikale Schneidmethode auch die Ausbeute an quadratischen Produkten am höchsten. Das Schneiden von Kurven erfordert ein höheres Maß an Maschinenpräzision und höhere Kosten, was die Kosten nicht rechtfertigt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Herstellungsverfahren für einkristalline Siliziumstäbe die runde Form der Siliziumscheiben bestimmt und die runden Siliziumscheiben die quadratische Form der Chips bestimmen. Darüber hinaus basieren nachfolgende Verarbeitungstechniken, einschließlich des Auftragens von Fotolack und der Fotolithografie, alle auf dem Standarddesign des „Wafers“, sodass der quadratische Chip ein konventionelles Ergebnis ist, das am meisten davon profitiert. Natürlich, wird es in Zukunft auch andere Formen von Silizium-Wafern und -Chips geben? Aus heutiger Sicht ist dies zwar möglich, aber nicht notwendig.

Verweise

[1]Lüften Sie das Geheimnis! Der gesamte Prozess des Chipdesigns und der Herstellung

https://www.hisilicon.com/cn/about-us/press/news/chip-design-and-manufacturing

[2] Detaillierte Erklärung des Chipherstellungsprozesses, bis in jeden Schritt

https://www.guancha.cn/TMT/2017_06_26_415071.shtml

[3] Sowohl Apple als auch Huawei verwenden Klebechips, und zwar, weil die Wafer zu rund sind.

https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_17570832

[4]Warum sind Silizium-Wafer nicht quadratisch?

https://www.iszcc.com/news/info12.html

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