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芯片生产
专用化学品
没有多晶硅,数字化就无从谈起。这种亮晶晶的银色材料是最纯净的人造材料之一,也是半导体工业最重要的原材料。目前,每两块电脑芯片中就有一块是用瓦克多晶硅生产而成的。然而,瓦克的贡献远不止此。除了多晶硅,我们的工艺化学品也在发挥着关键作用,而业界在这里对多晶硅的纯度和质量要求极高。
欢迎与我们取得联系纯度是关键
从硅片(亦称晶圆),到可直接使用的芯片,须经数百道工序,生产时间长达数月,并且对流程和设备有极高的技术要求,芯片工厂的建造成本也因此相对高昂。为了让投资物有所值,芯片制造商必须尽可能提高功能可靠的芯片的产率。
另一不利因素,是半导体元件的功能只有在生产流程最后阶段才能测试。那么,芯片行业要求供应商提供最高质量的原材料和工艺化学品,就不难理解了。
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“芯片制造商必须百分之百信赖自己的工艺和设备,以及生产所需材料及化学品。”
Arne Meier,业务拓展经理每两块芯片中就有一块用瓦克多晶硅生产而成
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超纯硅片是芯片生产的起点,而这种硅片的原材料几乎都是多晶硅。瓦克是欧洲唯一一家半导体级多晶硅生产商,产品无论在数量、质量,还是纯度方面,甚至在全球范围内亦处于领先地位,世界上每两块电脑芯片中就有一块是用瓦克多晶硅生产而成的。
但没有很多人知道,瓦克除了超纯多晶硅,还提供计算机芯片生产所需的重要专用化学品。例如,我们的硅烷可让硅层或绝缘层沉积在硅片表面,我们的气相二氧化硅可在芯片生产中用来对涂层进行抛光和找平处理,甚至镀膜室的清洁工作也离不开瓦克的产品——氯化氢。
瓦克所有功能性化学品均精确地根据半导体工业的流程及要求配制而成。我们利用统计制程控制,对此类化学品的生产进行持续监控,确保产品纯度始终保持在芯片制造商规定的严格范围内。此外,我们还进行严格的风险管理,即使某些流程参数(如,温度或压力)在生产过程中出现偏差,或生产设备发生变化,也能确保产品质量始终如一。
这些化学品的所需上游产品大部分由我们自行生产,以减少对外部供应商的依赖。此外,我们的内部分析实验室有能力准确辨别和量化哪怕微小之极的杂质。
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“有了这一系列措施,我们能够始终保证按时向客户提交质量完全符合要求的产品。”
Sigrid Rothenhäusler,业务拓展经理面向未来芯片的硅烷
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数字设备更新迭代,它们的切换频率越来越高,结构却越来越小,在保持体积不变的同时,它们的运行速度更快,性能更强大。芯片结构微小化是这一发展的前提。
这就致使每一代的芯片比上一代更加复杂。目前,芯片里的叠层已超过100多层,比人类头发直径薄一万倍的5纳米结构宽度已成为技术标准。芯片变得如此之小,让制造商也在逐渐接近半导体的物理极限。
例如,当芯片里的导线和绝缘层靠得越来越近时,就可能出现问题。由于切换频率高,导线的电荷量会急剧增加,形成相对较强的电场。Meier先生介绍说:“电场会在导线之间的区域互相干扰,减缓电荷速度。”绝缘层越薄,切换频率越高,这种抑制作用就越强,问题严重时,电荷便无法及时到达目的地,芯片就会出现故障。
一种可行的解决方案,是使用半导体行业简称“k”的介电常数更低的绝缘材料。瓦克正在致力于开发可用来沉积介电常数极低的材料的硅烷,让它们在未来半导体工业中发挥重要作用。Meier先生表示,这种超低k材料的研发工作已接近尾声: “凭借这种硅烷,我们在为最新一代计算机芯片的诞生助力。”
微芯片
微芯片是一种电子半导体组件,内含一个完整的由成千上万至数十亿个微小的晶体管、电容器、电阻和其它电子元件组成的电路。这些元件均结构微小,以薄层的形式在半导体晶片中排成多层,以这种结构被牢牢固定于衬底。
它们每一层都有各自的功能,例如,可充当导线、作为晶体管的组成部分,也可以充当电阻器。芯片结构一代比一代小,同时,叠层越来越多,晶体管的数量也随之增加,而晶体管越多,芯片的性能就越强大。
超纯多晶硅
多晶硅是硅片生产最重要的上游产品,一切以纯度为标准。半导体材料里硼或磷等杂质原子会改变半导体的电性能,最终导致用这种硅片生产的芯片发生故障。因此,保持极高纯度是关键。
瓦克生产的半导体级多晶硅,纯度为12N,即,每一万亿个硅原子中最多只含一个有害杂质原子,纯度相应为99.9999999999%,瓦克生产的多晶硅得以成为世界上最纯净的人造材料之一。
瓦克向硅片制造商提供形状不规则的超纯硅团块,供厂商将这些多晶材料加工成圆柱形单晶大硅棒后,将其切割成薄片,再对薄片进行平平化处理、清洁和抛光,制成硅片,即,芯片电路结构的衬底。根据芯片设计和硅片尺寸,一张硅片通常可制成数百个芯片,这些芯片最初像邮票一样排列在硅片,等结构制作完毕后才会被单独分离开来。
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