你了解晶圓的結(jié)構(gòu)嗎?晶圓是如何被制造出來的?

晶圓十分重要，缺少晶圓，目前大多需要處理器或者芯片的設(shè)備均無法運行。為增進大家對晶圓的了解，本文將對晶圓的結(jié)構(gòu)、晶圓的切割工藝以及晶圓的制造過程予以介紹。如果你對晶圓具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、晶圓結(jié)構(gòu)

公開了一種晶圓結(jié)構(gòu)，用于形成多個管芯，包括：半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有相對的第一表面和第二表面;位于所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上的多個第一功能層和多個第二功能層，所述多個第一功能層由劃片道隔開，所述多個第二功能層位于所述劃片道中;以及位于所述多個第二功能層下方的多個劃片標(biāo)記，其中，所述多個管芯分別包括半導(dǎo)體襯底的一部分和所述多個第一功能層中的相應(yīng)一個功能層，所述多個第二功能層用于提供所述多個管芯中的相鄰管芯之間的機械和/或電連接。所述晶圓結(jié)構(gòu)可以在劃片道中提供功能層，并且便于激光切割分離相鄰的管芯。

二、晶圓切割工藝

目前，硬脆材料切割技術(shù)主要有外圓切割、內(nèi)圓切割和線銘切割。外圓切割組然操作簡便，但據(jù)片剛性差，切割過程中鋸片易跑偏。導(dǎo)致被切割工們的平行度差：而內(nèi)圓切割只能進行直線切割。無法進行曲面切割。線鋸切割技術(shù)具有切縫窄、效率高、切片質(zhì)量好、可進行曲線切別等優(yōu)點成為口前廣泛采用的切割技術(shù)。

內(nèi)圓切割時晶片表面損傷層大，給CMP帶來很大黔削拋光工作最：刃口寬。材料損失大。品片出率低：成木高。生產(chǎn)率低：每次只能切割一片。當(dāng)晶圓直徑達到300mm時。內(nèi)圓刀片外徑將達到1.18m.內(nèi)徑為410mm.在制造、安裝與調(diào)試上帶來很多困難。故后期主要發(fā)展線切別為主的晶圓切割技術(shù)。

金剛石線鋸足近十幾年來獲得快速發(fā)展的硬脆材料切割技術(shù)。包括自由助料線鋸和固結(jié)磨料線鋸兩類。根據(jù)鋸絲的運動方式和機冰結(jié)構(gòu)。又可分為往復(fù)式和單向(環(huán)形)線鋸。

目前在光電子工業(yè)中，使用最為廣泛的是往復(fù)多線鋸晶圓切割。

三、晶圓制造過程

晶圓是制造半導(dǎo)體芯片的基本材料，半導(dǎo)體集成電路最主要的原料是硅，因此對應(yīng)的就是硅晶圓。

硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造可以歸納為三個基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。

首先是硅提純，將沙石原料放入一個溫度約為2000 ℃，并且有碳源存在的電弧熔爐中，在高溫下，碳和沙石中的二氧化硅進行化學(xué)反應(yīng)(碳與氧結(jié)合，剩下硅)，得到純度約為98%的純硅，又稱作冶金級硅，這對微電子器件來說不夠純，因為半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性對雜質(zhì)的濃度非常敏感，因此對冶金級硅進行進一步提純：將粉碎的冶金級硅與氣態(tài)的氯化氫進行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，然后通過蒸餾和化學(xué)還原工藝，得到了高純度的多晶硅，其純度高達99.999999999%，成為電子級硅。

接下來是單晶硅生長，最常用的方法叫直拉法(CZ法)。如下圖所示，高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約1400 ℃，爐中的氣體通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時又不會產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)。為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向：坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉(zhuǎn)，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長上去。因此所生長的晶體的方向性是由籽晶所決定的，在其被拉出和冷卻后就生長成了與籽晶內(nèi)部晶格方向相同的單晶硅棒。用直拉法生長后，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M行切割，然后進行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡，晶圓片制造就完成了。

單晶硅棒的直徑是由籽晶拉出的速度和旋轉(zhuǎn)速度決定的，一般來說，上拉速率越慢，生長的單晶硅棒直徑越大。而切出的晶圓片的厚度與直徑有關(guān)，雖然半導(dǎo)體器件的制備只在晶圓的頂部幾微米的范圍內(nèi)完成，但是晶圓的厚度一般要達到1 mm，才能保證足夠的機械應(yīng)力支撐，因此晶圓的厚度會隨直徑的增長而增長。

晶圓制造廠把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆晶面取向確定的籽晶在熔融態(tài)的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經(jīng)過切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為集成電路工廠的基本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。

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