Globalfoundries Dresden - Vom Sand zum Chip

GlobalFoundries Dresden

20 Jul 202009:51

Summary

TLDRDiese faszinierende Reise führt durch die Produktionsstätten der Halbleiterindustrie bei Globalfoundries. Von der Entstehung eines Mikrochips in einer High-Tech-Fabrik bis hin zur Erkundung des Nanokosmos der Atome, die normalerweise unsichtbar bleiben. Experten planen Schaltpläne, und aus Quarzsand werden Silizium-Wafer hergestellt. Durch eine Vielzahl von Herstellungsschritten, wie Fotolithografie, Ionenimplantation und Kupferverbindung, entsteht ein Mikrochip, der Milliarden von Transistoren in einem winzigen Raum verbindet. Die Produktion wird in staubfreien Räumen mit strengen Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt, um die Integrität der Chips zu gewährleisten.

Takeaways

🌐 Der Skript führt durch die faszinierende Welt der Halbleiterindustrie und die Herstellung von Mikrochips.
🏭 Es beschreibt die Arbeit in einer Chip-Fabrik von GlobalFoundries, einem führenden Unternehmen in der Herstellung von Mikrochips.
🔬 Spezialisten arbeiten in Nanokosmos der Atome, einer Welt, die normalerweise unseren Augen verborgen bleibt.
⏱ Der Prozess beginnt im Design Center, wo Experten Schaltpläne für hochintegrierte Schaltungen entwerfen.
💿 Die Trägerplatten für integrierte Schaltungen, sogenannte Silizium-Wafer, werden aus Quarzsand hergestellt.
🔄 Ein riesiger monokristalliner, gereinigter Siliziumschmelze wird gezogen, um perfektes Siliziumgitter für Transistoren zu erzeugen.
🛡️ Produktionsteams von GlobalFoundries müssen umfangreiche Schutzmaßnahmen ergreifen, um Verunreinigungen der Siliziumkristalle zu vermeiden.
🔍 Die Herstellung von Mikrochips erfordert extreme Reinräume, die 100.000-mal sauberer sind als jede OP-Staubkammer.
📸 Die Fotolithografie ist ein entscheidender Schritt, bei dem Schaltungsstrukturen auf die Wafer übertragen werden, ähnlich einer Projektion.
🔩 Die Ionenimplantation ist der Prozess, bei dem die elektrischen Eigenschaften der Transistoren eingestellt werden, indem Fremdatome eingebunden werden.
🏗️ Die komplexe Herstellung von winzigen Transistoren findet in riesigen Reinräumen statt, die doppelt so groß sind wie Fußballfelder.
🔵 Der Kupferverbindungsprozess verbindet die Milliarden von Einzeltransistoren zu funktionierenden Schaltkreisen.
🔬 Die Fertigung wird ständig mit Elektronenmikroskopen überwacht, bis hin zu den atomaren Strukturen der Transistoren.
🔩 Die Verpackung ist der letzte Schritt, bei dem Silberverschläge auf die Wafer aufgetragen werden und die Chips aus dem Rohmaterial herausgesägt werden.

Q & A

Was ist das Hauptthema des Transcripts?
-Das Hauptthema des Transcripts ist die faszinierende Reise durch die Reinräume der Halbleiterindustrie und die Herstellung eines hochintegrierten Mikrochips in einer Fabrik von GlobalFoundries.
Wie wird ein Hochintegrierter Mikrochip entstehen?
-Ein Hochintegrierter Mikrochip entsteht durch eine komplexe Produktionskette, die beginnt mit dem Design der Schaltpläne und umfasst die Herstellung von Siliziumwafern, die Fotolithografie, die Ionenimplantation, die Verwendung von Kupfer für die Leiterbahnen und schließlich die Verpackung des fertigen Chips.
Was sind die ersten Schritte in der Produktion eines Mikrochips?
-Die ersten Schritte in der Produktion eines Mikrochips beinhalten das Entwerfen der Schaltpläne in einem international vernetzten Design Center, wo Experten anspruchsvolle integrierte Schaltungen für Bereiche wie Wireless Communications, High-End Grafik und Mikroprozessoren entwerfen.
Woher werden die Trägerscheiben für die integrierten Schaltungen hergestellt?
-Die Trägerscheiben, auch bekannt als Siliziumwafer, werden aus Quarzsand hergestellt, indem ein riesiger monokristalliner, zuvor gereinigter Siliziumschmelze gezogen wird.
Wie wird die Reinheit der Siliziumkristalle gewährleistet?
-Die Reinheit der Siliziumkristalle wird durch umfangreiche Schutzmaßnahmen der Produktionsteams gewährleistet, die vor jedem Gang in die staubfreien Reinräume gehen. Dies ermöglicht es, das Produktionsumfeld der Wafer über 100.000-fach reiner als jeden OP-Staubfreiraum zu halten.
Was ist die Funktion der Fotolithografie im Mikrochip-Herstellungsprozess?
-Die Fotolithografie dient dazu, die Schaltungsstrukturen auf die Siliziumwafer zu übertragen. Dies geschieht ähnlich wie bei der Projektion, wobei ein lichtempfindlicher Lack auf die Siliziumscheibe aufgetragen und mit UV-Licht bestrahlt wird, um die Strukturen auf dem Wafer zu fixieren.
Wie werden die elektrischen Eigenschaften der Transistoren eingestellt?
-Die elektrischen Eigenschaften der Transistoren werden durch die Ionenimplantation eingestellt, bei der die Ingenieure die spezifische Eigenschaft von Silizium als Halbleiter nutzen, um seine elektrische Leitfähigkeit durch den gezielten Einbau von Fremdatomen zu verändern.
Was ist die Bedeutung der Reinräume in der Mikrochip-Herstellung?
-Die Reinräume sind von entscheidender Bedeutung, da sie die Herstellung von winzigen Transistoren ermöglichen, die in einer Fläche Platz finden, die nicht größer ist als ein Daumennagel. Jeder dieser Reinräume ist so groß wie zwei Fußballfelder.
Wie wird das Kupfer in die Leiterbahnen eingeführt?
-Bevor das Kupfer in die Gräben für die Leiterbahnen kommt, wird eine Barriereschicht aufgetragen, um Kurzschlüsse zu verhindern. Danach werden die Gräben mit Kupfer gefüllt, und überflüssiges Kupfer wird entfernt, um die einzelnen Leiterbahnen voneinander zu isolieren.
Was ist der letzte Schritt in der Mikrochip-Fertigung?
-Der letzte Schritt in der Mikrochip-Fertigung ist die Verpackung, bei der Silberkugeln auf den Wafer aufgebracht werden, um den Chip mit dem Gehäuse zu verbinden. Anschließend werden die Chips aus dem Wafer herausgesägt, mit dem Gehäuse verbunden und abschließend mit einem Deckel versiegelt.

Outlines

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🔬 Produktion von Mikrochips in Globalfoundries

Dieser Abschnitt führt durch die faszinierende Welt der Halbleiterindustrie und zeigt die Herstellung eines hochintegrierten Mikrochips in einer Fabrik von Globalfoundries. Es beginnt im Design Center, wo Experten Schaltpläne für anspruchsvolle integrierte Schaltungen wie drahtlose Kommunikation, High-End-Grafik und Mikroprozessoren entwerfen. Die Produktion setzt ein, indem Quarzsand zu Trägerscheiben für integrierte Schaltungen, sogenannten Silizium-Wafern, verarbeitet wird. Diese werden aus einem riesigen, zuvor gereinigten Monokristall aus Silizium hergestellt. Die Wafer müssen vor Verunreinigungen geschützt werden, weshalb die Produktionsteams von Globalfoundries strenge Schutzmaßnahmen ergreifen, um die Reinräume zu halten, die über 100.000-fach sauberer sind als jede OP-Staubkammer. Die Silizium-Wafern werden dann in hermetisch dichten Transportbehältern versandt, die Hunderte von Fertigungsschritten durchlaufen, einschließlich der Photolithografie, bei der die Schaltungsstrukturen auf die Wafer übertragen werden, ähnlich wie bei der Projektion von Schlüsseln. Diese Prozesse sind äußerst komplex und erfordern eine sorgfältige Kontrolle und Reinigung der Oberflächen.

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🔩 Ionenimplantation und Kupfer-Verdrahtung

In diesem Abschnitt wird die Ionenimplantation beschrieben, ein Prozess, bei dem die elektrischen Eigenschaften der Transistoren eingestellt werden, indem Fremdatome in das Siliziumgitter eingebracht werden. Diese Atome werden zunächst ungeordnet verteilt und unter hohen Temperaturen in die Gitterstruktur eingepasst. Die Herstellung von winzigen Transistoren erfordert enorme Reinräume, die so groß sind wie zwei Fußballfelder. Während die Mitarbeiter die komplexen Prozesse überwachen, läuft die automatisierte Produktion in hermetisch verschlossenen Fertigungsanlagen. Der nächste Prozess ist die Kupfer-Verdrahtung, bei der Kupfer in feinsten Leiterbahnen die Milliarden von Einzeltransistoren zu funktionierenden Schaltkreisen verbindet. Vorher müssen die Wafer gereinigt werden, um Partikel nach jedem Fertigungsschritt zu entfernen. Eine Barriereschicht wird aufgetragen, um Kurzschlüsse zu verhindern und die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Danach werden die Gräben mit Kupfer gefüllt, und überschüssiges Kupfer wird entfernt, um die Leiterbahnen voneinander zu isolieren. Dieser Prozess war in der Fab 1 von Globalfoundries weltweit erstmalig, und die Fertigung wird ständig mit Elektronenmikroskopen überwacht, bis hinunter in die atomaren Strukturen der Transistoren. Der fertige Mikrochip verbindet dann Gigantische Schaltkreise aus Leiterbahnen, die mehrere Kilometer lang sind und 100 Milliarden Transistoren auf zahlreichen Ebenen verbinden, alles auf einer Fläche, die nicht größer ist als ein Daumennagel. Der letzte Schritt ist die Verpackung, bei der Silberkugeln auf den Wafer aufgebracht und die Chips aus dem Defa herausgesägt, mit dem Gehäuse verbunden und abschließend mit einem Deckel versiegelt werden.

Mindmap

Keywords

💡Halbleiterindustrie

Die Halbleiterindustrie ist ein zentraler Bereich der modernen Technologie, der sich mit der Herstellung und dem Design von Halbleitern befasst, welche die Grundlage für viele elektronische Geräte sind. Im Video wird die Faszination dieser Industrie durch die Reise durch die Reinräume und die Herstellung eines Mikrochips in einer Fabrik von GlobalFoundries gezeigt, was die Bedeutung dieser Industrie für die Entwicklung von Hightech-Produkten verdeutlicht.

💡Mikrochip

Ein Mikrochip ist eine sehr kleine und komplexe elektronische Einheit, die aus Milliarden von Transistoren besteht und in modernen Geräten zum Speichern und Verarbeiten von Informationen verwendet wird. Im Kontext des Videos ist der Mikrochip das Endprodukt der komplexen Fertigungsabläufe, die in den Reinräumen der Halbleiterfabrik stattfinden.

💡Siliziumwafer

Siliziumwafer sind die Grundlage für die Herstellung von Mikrochips. Sie bestehen aus einem monokristallinen Silizium, das zu einer sehr hohen Reinheit aufbereitet wird. Im Video wird beschrieben, wie aus Quarzsand Siliziumwafer hergestellt werden, die später die Transistoren tragen, die den Mikrochips ihre Funktion erlauben.

💡Fotolithografie

Die Fotolithografie ist ein wichtiger Schritt in der Mikrochip-Fertigung, bei dem die Schaltungsstrukturen auf die Siliziumwafer übertragen werden. Es wird durch die Projektion von UV-Licht auf einen lichtempfindlichen Lack und die anschließende Entwicklung der Lackpartien realisiert. Im Video wird dieser Prozess als eine der zentralen Technologien dargestellt, die es ermöglicht, die winzigen Strukturen auf den Wafern zu erstellen.

💡Ionenimplantation

Die Ionenimplantation ist ein Verfahren, bei dem Fremdatome in das Silizium eingebracht werden, um die elektrischen Eigenschaften der Transistoren zu steuern. Dies ist ein entscheidender Schritt, um die Leitfähigkeit des Siliziums zu verändern und so die Funktionsweise der Mikrochips zu bestimmen. Im Video wird dieser Prozess als Teil der komplexen Fertigungsabläufe beschrieben.

💡Reinräume

Reinräume sind besondere Produktionsumgebungen, die von Staub und Verunreinigungen weitgehend befreit sind. Sie sind für die Herstellung von Mikrochips unerlässlich, da die winzigen Strukturen auf den Wafern durch jegliche Partikel beeinträchtigt werden könnten. Im Video wird die Bedeutung von Reinräumen hervorgehoben, um die Produktionsqualität zu gewährleisten.

💡Kupferverdrähtung

Die Kupferverdrähtung ist ein Prozess, bei dem Kupfer in feine Gräben eingeführt wird, um die Transistoren zu verbinden und so funktionierende Schaltungen zu bilden. Dies ist ein entscheidender Schritt, um den Mikrochip zu einem funktionierenden Gerät zu machen. Im Video wird die Verwendung von Kupfer in der Volumenproduktion als Innovation betont.

💡Elektronenmikroskop

Elektronenmikroskope werden verwendet, um die winzigen Strukturen der Mikrochips in sehr hoher Auflösung zu untersuchen. Im Video wird erwähnt, dass die Fertigung mit solchen Mikroskopen überwacht wird, um die Integrität und Qualität der Mikrochips zu gewährleisten.

💡Transistoren

Transistoren sind die grundlegenden Bausteine von Mikrochips und dienen als kleine Stromschalter. Sie sind in Milliardenfacher Zahl auf einem Mikrochip integriert und ermöglichen die Steuerung des Stroms und damit die Funktionsweise der elektronischen Geräte. Im Video wird die Herstellung und das Einbauen der Transistoren in das Siliziumgitter als zentraler Teil des Fertigungsprozesses beschrieben.

💡Verpackung

Die Verpackung ist der letzte Schritt in der Mikrochip-Fertigung, bei dem der fertige Chip in ein Gehäuse eingefügt und mit einem Deckel versiegelt wird. Dies schützt den Chip und ermöglicht die Verbindung mit anderen Komponenten in einem Gerät. Im Video wird dieser Schritt als Abschluss der Fertigungsabläufe dargestellt.

Highlights

Faszinierende Reise durch die Reinräume der Halbleiterindustrie.

Entstehung eines hochintegrierten Mikrochips in einer Chipfabrik von Globalfoundries.

Begleitung von Spezialisten in den Nanokosmos der Atome.

Herstellung der Trägerscheiben für integrierte Schaltungen aus Quarzsand, sogenannte Silizium-Wafer.

Ziehen eines riesigen monokristallinen Siliziumkristalls aus gereinigter Siliziumschmelze.

Umfangreiche Schutzmaßnahmen, um die Reinräume über 100.000-fach reiner als jeden OP zu halten.

Übertragung von Schaltungsstrukturen auf die Wafer durch Fotolithografie, basierend auf der Beherrschung des Lichts.

Ionimplantation zur Einstellung der elektrischen Eigenschaften der Transistoren durch gezielten Einbau von Fremdatomen.

Automatisierte Produktion in hermetisch verschlossenen Fertigungsanlagen.

Kupfer als dominierendes Material im nächsten Prozessabschnitt, um die Milliarden von Transistoren zu funktionierenden Schaltkreisen zu verbinden.

Erstmals weltweit wurde in der Globalfoundries Fab 1 Kupfer in der Volumenproduktion eingesetzt.

Überwachung der Fertigung mit Elektronenmikroskopen bis in die atomaren Strukturen der Transistoren.

Fertigstellung von gigantischen Schaltkreisen aus Leiterbahnen auf einer Fläche, die nicht größer ist als ein Daumennagel.

Letzter Fertigungsschritt: Aufbringen von 10 Silberkugeln zur Verbindung des Chips mit dem Gehäuse.

Feinste Sägeblätter trennen die Chips vom Wafer, um sie mit dem Gehäuse zu verbinden und abschließend zu versiegeln.