你了解晶圓的結(jié)構(gòu)嗎?晶圓是如何被制造出來(lái)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(wú)法運(yùn)行。為增進(jìn)大家對(duì)晶圓的了解，本文將對(duì)晶圓的結(jié)構(gòu)、晶圓的切割工藝以及晶圓的制造過(guò)程予以介紹。如果你對(duì)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(kāi)了一種晶圓結(jié)構(gòu)，用于形成多個(gè)管芯，包括：半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有相對(duì)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(gè)第一功能層和多個(gè)第二功能層，所述多個(gè)第一功能層由劃片道隔開(kāi)，所述多個(gè)第二功能層位于所述劃片道中;以及位于所述多個(gè)第二功能層下方的多個(gè)劃片標(biāo)記，其中，所述多個(gè)管芯分別包括半導(dǎo)體襯底的一部分和所述多個(gè)第一功能層中的相應(yīng)一個(gè)功能層，所述多個(gè)第二功能層用于提供所述多個(gè)管芯中的相鄰管芯之間的機(jī)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(jiǎn)便，但據(jù)片剛性差，切割過(guò)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(jìn)行直線切割。無(wú)法進(jìn)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(jìn)行曲線切別等優(yōu)點(diǎn)成為口前廣泛采用的切割技術(shù)。

內(nèi)圓切割時(shí)晶片表面損傷層大，給CMP帶來(lái)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(dá)到300mm時(shí)。內(nèi)圓刀片外徑將達(dá)到1.18m.內(nèi)徑為410mm.在制造、安裝與調(diào)試上帶來(lái)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(lái)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(yùn)動(dòng)方式和機(jī)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(guò)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(duì)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(gè)基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長(zhǎng)、晶圓成型。

首先是硅提純，將沙石原料放入一個(gè)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(jìn)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(jí)硅，這對(duì)微電子器件來(lái)說(shuō)不夠純，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電學(xué)特性對(duì)雜質(zhì)的濃度非常敏感，因此對(duì)冶金級(jí)硅進(jìn)行進(jìn)一步提純：將粉碎的冶金級(jí)硅與氣態(tài)的氯化氫進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，然后通過(guò)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(dá)99.999999999%，成為電子級(jí)硅。

接下來(lái)是單晶硅生長(zhǎng)，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(shí)又不會(huì)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(shí)慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會(huì)粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長(zhǎng)上去。因此所生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)后，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行切割，然后進(jìn)行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機(jī)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(lái)說(shuō)，上拉速率越慢，生長(zhǎng)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(dá)到1 mm，才能保證足夠的機(jī)械應(yīng)力支撐，因此晶圓的厚度會(huì)隨直徑的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

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(guò)程稱為“長(zhǎng)晶”。硅晶棒再經(jīng)過(guò)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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