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Die Bedeutung von Reinräumen in der Halbleiterfertigung

  • October 08, 2021

Es ist ein Szenario, das jeder kennt: Sie suchen mit Ihrem Handy nach Informationen – eine Straße, Telefonnummer oder sehr wichtige TV-Quiz und Ihr Gerät friert ein. Oder schlimmer noch, es schaltet sich komplett aus. Wahrscheinlich hört die Episode hier nicht auf, sondern plagt Sie weiter, bis das Telefon repariert oder ersetzt ist. Was verursacht dies?


Um zu verstehen, was schief geht, muss man zuerst verstehen, wie ein Handy-Chip – das Gehirn und der Kommunikator des gesamten Telefons – gemacht wird. Und um das zu verstehen, muss man mit Halbleitern und deren Herstellung vertraut sein.


Halbleiter sind kristalline oder glasartige Festkörper mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften. Sie zeichnen sich durch ihr einzigartiges Leitfähigkeitsverhalten aus, irgendwo zwischen Metall und Isolator. Ihre elektrischen Eigenschaften können modifiziert werden, um eine Verstärkung und Energieumwandlung zu ermöglichen. Geräte, die Halbleiter verwenden, leiten Ströme leichter in eine Richtung als in die andere mit variablem Widerstand und Licht- oder Wärmeempfindlichkeit.


Zur Herstellung elektronischer Technologien, beispielsweise eines Mobiltelefons, werden Halbleiter für integrierte Schaltkreise hergestellt. Dieser Prozess beginnt mit einem der häufigsten Elemente der Erde, Silizium. Silizium kommt vor allem in Sand vor und wird von dort auf 100 % Reinheit veredelt, bevor es sich für die Herstellung qualifiziert. Um einwandfrei funktionierende Chips herzustellen, ist absolute Klarheit erforderlich. Schon die kleinste Unvollkommenheit kann die Qualität des hergestellten Produkts radikal beeinträchtigen.

Dazu wird reines Silizium erhitzt, bis es geschmolzen ist. Als nächstes wird ein perfekt strukturierter Silizium-„Keim“ in das geschmolzene Silizium abgesenkt. Die chemischen Eigenschaften des geschmolzenen Siliziums ermöglichen die Bildung einer chemischen Bindung zwischen dem Saat und dem Stück des festen Siliziums, die beim Abkühlen langsam aus dem Silizium gezogen werden kann und sich um das Saat herum bildet und verfestigt. Wenn der Prozess abgeschlossen ist, wird die fertige Portion, ein Block, die physikalischen Eigenschaften des ursprünglichen Saatmaterials nachahmen. Anschließend wird der Block vorsichtig in dünne Wafer gesägt.


Nachdem alle Produktionsschritte abgeschlossen sind, wird eine letzte Schutzschicht über den gesamten Wafer gelegt. Bei so winzigen Abmessungen kann selbst der kleinste Staubkorn die Funktionalität eines ganzen Chips zerstören.1 Um dies zu erreichen, müssen makellose Arbeitsbedingungen herrschen; daher die Schaffung des „Reinraums“.


Ein Reinraum ist eine umweltkontrollierte Umgebung, in der Produkte hergestellt werden. Reinräume werden als speziell konstruierte, geschlossene Räume definiert, in denen Schadstoffe in der Luft in Bezug auf Schwebstoffe, Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck, Luftströmungsmuster, Luftbewegung, Vibration, Lärm, lebende Organismen und Beleuchtung streng kontrolliert werden.


Die Wichtigkeit von Saubere zimmer in der Halbleiterfertigung


Der Grad, bis zu dem diese Partikel entfernt werden müssen, hängt von den erforderlichen Standards ab. Die am häufigsten verwendete Norm ist die Internationale Organisation für Normung, ISO 14644, die Standardklassen der Luftreinheit für die Partikelkonzentration in der Luft festlegt Saubere zimmer und saubere Zonen. Es werden strenge Regeln und Verfahren befolgt, um eine Kontamination des Produkts zu verhindern. 2 Ohne wirksame Kontrolle kann eine Kontamination verheerende Auswirkungen auf Produkte und Prozesse haben.



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