如何制造單晶晶圓?晶圓用料+尺寸分析

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(duì)晶圓的了解，本文將對(duì)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。如果你對(duì)晶圓具有興趣，或者本文即將涉及的內(nèi)容是您的興趣點(diǎn)所在，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

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(lái)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(guò)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(lái)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(zhǎng)方形等都有的。

四、晶圓尺寸越大越好嗎

英特爾高層說(shuō)，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(huì)大大提高，100億美元將是一個(gè)門(mén)檻，這五家在未來(lái)五年的時(shí)間中，將會(huì)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(shuō)明工藝水平越高?，F(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(jí)純化，此一過(guò)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(duì)于芯片制造來(lái)說(shuō)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(mén)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(huì)需要排頭讓后來(lái)的人該如何正確的排列，硅種便是重要的排頭，讓后來(lái)的原子知道該如何排隊(duì)。最后，待離開(kāi)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(zhǎng)得像鉛筆筆桿的部分，表面經(jīng)過(guò)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(shuō)，晶柱的制作過(guò)程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉(zhuǎn)一邊成型。有制作過(guò)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(guò)程也是一樣，旋轉(zhuǎn)拉起的速度以及溫度的控制都會(huì)影響到晶柱的品質(zhì)。也因此，尺寸愈大時(shí)，拉晶對(duì)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(lái)得高。

只是，一整條的硅柱并無(wú)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(guò)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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