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如何制造单晶晶圆?

关键词:晶圆 指数 单晶晶圆

时间:2020-11-13 13:26:36      来源:网络

晶圆的重要性不言而喻,现实生活中的诸多电子设备的运转均依赖于晶圆。为增进大家对晶圆的了解,本文将对晶圆的概念、晶圆的基本原料、晶圆的尺寸以及如何制造单晶晶圆予以介绍。

晶圆的重要性不言而喻,现实生活中的诸多电子设备的运转均依赖于晶圆。为增进大家对晶圆的了解,本文将对晶圆的概念、晶圆的基本原料、晶圆的尺寸以及如何制造单晶晶圆予以介绍。

一、晶圆概念

晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达99.999999999%。

二、晶圆基本原料

硅是由石英砂所精练出来的,晶圆便是硅元素加以纯化(99.999%),接着是将这些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,经过照相制版,研磨,抛光,切片等程序,将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒,然后切割成一片一片薄薄的晶圆。

三、晶圆尺寸的概念

晶圆是原材料加工上的称呼,PCB主板上插接件如CPU、二极管等都是由晶圆加工而来的。目前市面上出现的晶圆直径是分为150mm,300mm以及450mm这三种,晶圆切割成好多小Die后,形状不一的正方形、长方形等都有的。

四、晶圆尺寸越大越好吗

英特尔高层说,目前晶圆片企业有五家,生产的是12英寸的晶圆片,到了下一代18英寸的晶圆片生产标准后,建造晶圆片厂的成本就会大大提高,100亿美元将是一个门槛,这五家在未来五年的时间中,将会因为新技术和成本的淘汰机制,只剩下两家。单晶硅的外缘尺寸越大,说明工艺水平越高。现在一般晶圆规格都是8英寸以上。另外越大的晶圆工艺一致性越差且越大的晶圆工艺设备成本越高。

五、如何制造单晶的晶圆

纯化分成两个阶段,第一步是冶金级纯化,此一过程主要是加入碳,以氧化还原的方式,将氧化硅转换成 98% 以上纯度的硅。大部份的金属提炼,像是铁或铜等金属,皆是采用这样的方式获得足够纯度的金属。但是,98% 对于芯片制造来说依旧不够,仍需要进一步提升。因此,将再进一步采用西门子制程(Siemens process)作纯化,如此,将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。

接着,就是拉晶的步骤。首先,将前面所获得的高纯度多晶硅融化,形成液态的硅。之后,以单晶的硅种(seed)和液体表面接触,一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种,是因为硅原子排列就和人排队一样,会需要排头让后来的人该如何正确的排列,硅种便是重要的排头,让后来的原子知道该如何排队。最后,待离开液面的硅原子凝固后,排列整齐的单晶硅柱便完成了。

然而,8寸、12寸又代表什么东西呢?他指的是我们产生的晶柱,长得像铅笔笔杆的部分,表面经过处理并切成薄圆片后的直径。至于制造大尺寸晶圆又有什么难度呢?如前面所说,晶柱的制作过程就像是在做棉花糖一样,一边旋转一边成型。有制作过棉花糖的话,应该都知道要做出大而且扎实的棉花糖是相当困难的,而拉晶的过程也是一样,旋转拉起的速度以及温度的控制都会影响到晶柱的品质。也因此,尺寸愈大时,拉晶对速度与温度的要求就更高,因此要做出高品质 12 寸晶圆的难度就比 8 寸晶圆还来得高。

只是,一整条的硅柱并无法做成芯片制造的基板,为了产生一片一片的硅晶圆,接着需要以钻石刀将硅晶柱横向切成圆片,圆片再经由抛光便可形成芯片制造所需的硅晶圆。经过这么多步骤,芯片基板的制造便大功告成,下一步便是堆叠房子的步骤,也就是芯片制造。

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