如何制造單晶晶圓?
發(fā)布時(shí)間:2020-11-13 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】晶圓的重要性不言而喻,現(xiàn)實(shí)生活中的諸多電子設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)均依賴于晶圓。為增進(jìn)大家對晶圓的了解,本文將對晶圓的概念、晶圓的基本原料、晶圓的尺寸以及如何制造單晶晶圓予以介紹。
晶圓的重要性不言而喻,現(xiàn)實(shí)生活中的諸多電子設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)均依賴于晶圓。為增進(jìn)大家對晶圓的了解,本文將對晶圓的概念、晶圓的基本原料、晶圓的尺寸以及如何制造單晶晶圓予以介紹。
一、晶圓概念
晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片,由于其形狀為圓形,故稱為晶圓;在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu),而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅,而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉,鹽酸氯化,并經(jīng)蒸餾后,制成了高純度的多晶硅,其純度高達(dá)99.999999999%。
二、晶圓基本原料
硅是由石英砂所精練出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%),接著是將這些純硅制成硅晶棒,成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料,經(jīng)過照相制版,研磨,拋光,切片等程序,將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒,然后切割成一片一片薄薄的晶圓。
三、晶圓尺寸的概念
晶圓是原材料加工上的稱呼,PCB主板上插接件如CPU、二極管等都是由晶圓加工而來的。目前市面上出現(xiàn)的晶圓直徑是分為150mm,300mm以及450mm這三種,晶圓切割成好多小Die后,形狀不一的正方形、長方形等都有的。
四、晶圓尺寸越大越好嗎
英特爾高層說,目前晶圓片企業(yè)有五家,生產(chǎn)的是12英寸的晶圓片,到了下一代18英寸的晶圓片生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)后,建造晶圓片廠的成本就會大大提高,100億美元將是一個(gè)門檻,這五家在未來五年的時(shí)間中,將會因?yàn)樾录夹g(shù)和成本的淘汰機(jī)制,只剩下兩家。單晶硅的外緣尺寸越大,說明工藝水平越高。現(xiàn)在一般晶圓規(guī)格都是8英寸以上。另外越大的晶圓工藝一致性越差且越大的晶圓工藝設(shè)備成本越高。
五、如何制造單晶的晶圓
純化分成兩個(gè)階段,第一步是冶金級純化,此一過程主要是加入碳,以氧化還原的方式,將氧化硅轉(zhuǎn)換成 98% 以上純度的硅。大部份的金屬提煉,像是鐵或銅等金屬,皆是采用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是,98% 對于芯片制造來說依舊不夠,仍需要進(jìn)一步提升。因此,將再進(jìn)一步采用西門子制程(Siemens process)作純化,如此,將獲得半導(dǎo)體制程所需的高純度多晶硅。
接著,就是拉晶的步驟。首先,將前面所獲得的高純度多晶硅融化,形成液態(tài)的硅。之后,以單晶的硅種(seed)和液體表面接觸,一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢的向上拉起。至于為何需要單晶的硅種,是因?yàn)楣柙优帕芯秃腿伺抨?duì)一樣,會需要排頭讓后來的人該如何正確的排列,硅種便是重要的排頭,讓后來的原子知道該如何排隊(duì)。最后,待離開液面的硅原子凝固后,排列整齊的單晶硅柱便完成了。
然而,8寸、12寸又代表什么東西呢?他指的是我們產(chǎn)生的晶柱,長得像鉛筆筆桿的部分,表面經(jīng)過處理并切成薄圓片后的直徑。至于制造大尺寸晶圓又有什么難度呢?如前面所說,晶柱的制作過程就像是在做棉花糖一樣,一邊旋轉(zhuǎn)一邊成型。有制作過棉花糖的話,應(yīng)該都知道要做出大而且扎實(shí)的棉花糖是相當(dāng)困難的,而拉晶的過程也是一樣,旋轉(zhuǎn)拉起的速度以及溫度的控制都會影響到晶柱的品質(zhì)。也因此,尺寸愈大時(shí),拉晶對速度與溫度的要求就更高,因此要做出高品質(zhì) 12 寸晶圓的難度就比 8 寸晶圓還來得高。
只是,一整條的硅柱并無法做成芯片制造的基板,為了產(chǎn)生一片一片的硅晶圓,接著需要以鉆石刀將硅晶柱橫向切成圓片,圓片再經(jīng)由拋光便可形成芯片制造所需的硅晶圓。經(jīng)過這么多步驟,芯片基板的制造便大功告成,下一步便是堆疊房子的步驟,也就是芯片制造。
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