晶圆,晶圆尺寸的概念

晶圆

在(zai)了解晶圆尺寸(cun)(cun)(cun)(cun)的(de)概念(nian)之前，先来了解一下晶圆的(de)一些基本(ben)知(zhi)识(shi)。晶圆是(shi)最常用的(de)半导(dao)体材料(liao)，按其(qi)直(zhi)径分为4英(ying)寸(cun)(cun)(cun)(cun)、5英(ying)寸(cun)(cun)(cun)(cun)、6英(ying)寸(cun)(cun)(cun)(cun)、8英(ying)寸(cun)(cun)(cun)(cun)等规格，近来发展(zhan)出12英(ying)寸(cun)(cun)(cun)(cun)甚至研发更大(da)规格（14英(ying)吋、15英(ying)吋、16英(ying)吋、……20英(ying)吋以上等）。晶圆越大(da)，同一圆片上可生产的(de)IC就越多，可降低(di)成本(ben)；但(dan)对材料(liao)技(ji)术(shu)和生产技(ji)术(shu)的(de)要求更高。一般认为硅晶圆的(de)直(zhi)径越大(da)，代表着这座晶圆厂有更好的(de)技(ji)术(shu).在(zai)生产晶圆的(de)过程当中，良品(pin)率是(shi)很(hen)重要的(de)条件(jian)。

晶圆制造过程及工艺

（一）制造过程

二氧化(hua)硅(gui)(gui)(gui)矿石经由电(dian)弧(hu)炉(lu)提炼，盐(yan)酸氯化(hua)，并经蒸(zheng)馏(liu)后，制成(cheng)了高纯度的(de)(de)多晶(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)(gui)，其纯度高达99.999999999%。晶(jing)(jing)(jing)(jing)圆(yuan)制造厂再将此多晶(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)(gui)熔解，再于溶液(ye)内掺(chan)入一小粒的(de)(de)硅(gui)(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)体晶(jing)(jing)(jing)(jing)种，然(ran)后将其慢慢拉出，以形成(cheng)圆(yuan)柱状的(de)(de)单晶(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)棒，由于硅(gui)(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)棒是(shi)由一颗小晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒在融(rong)熔态的(de)(de)硅(gui)(gui)(gui)原(yuan)料中逐渐生成(cheng)，此过程称为“长晶(jing)(jing)(jing)(jing)”。硅(gui)(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)棒再经过研磨，抛光，切片(pian)后，即(ji)成(cheng)为集成(cheng)电(dian)路工厂的(de)(de)基(ji)本原(yuan)料——硅(gui)(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)圆(yuan)片(pian)，这就是(shi)“晶(jing)(jing)(jing)(jing)圆(yuan)”。

简(jian)单的说,单晶(jing)(jing)硅(gui)(gui)圆(yuan)片由普通(tong)硅(gui)(gui)砂(sha)拉制提炼，经(jing)过溶解、提纯(chun)、蒸馏一系(xi)列措(cuo)施(shi)制成(cheng)单晶(jing)(jing)硅(gui)(gui)棒(bang)，单晶(jing)(jing)硅(gui)(gui)棒(bang)经(jing)过抛光、切(qie)片之后(hou)，就成(cheng)为了(le)晶(jing)(jing)圆(yuan)。

晶(jing)圆(yuan)(yuan)经多次光罩处理，其中每一次的(de)(de)步骤包括感光剂途布(bu)、曝光、显影(ying)、腐蚀(shi)、渗透或蒸著等(deng)等(deng)，制(zhi)成具(ju)有多层线路与元(yuan)件的(de)(de)IC晶(jing)圆(yuan)(yuan)，再交由后段的(de)(de)测试、切割、封装(zhuang)厂，以制(zhi)成实体(ti)的(de)(de)集成电(dian)路成品。

（二）制造工艺

晶圆制造工艺

表面清洗

晶(jing)圆表面(mian)附(fu)着一层(ceng)大约(yue)2um的Al2O3和甘油混合液保护之(zhi),在制作前(qian)必(bi)须进行化学(xue)刻蚀和表面(mian)清(qing)洗。

晶圆,晶圆尺寸的概念

初次氧化

有热氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)法生(sheng)成(cheng)SiO2 缓(huan)冲层(ceng)，用来减小后续中Si3N4对晶(jing)圆的应力氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)技(ji)术：干法氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)Si(固)+O2 à SiO2(固)和湿法氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)Si(固)+2H2O à SiO2(固)+2H2。干法氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)通常用来形成(cheng)，栅(zha)极二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)硅膜，要求薄，界面能级和固定电荷(he)密度(du)低的薄膜。

热(re)CVD(HotCVD)/(thermalCVD)

此方法生产性高(gao)(gao)，梯(ti)状敷层性佳(不管多凹(ao)凸不平，深孔中(zhong)的表(biao)面(mian)亦产生反(fan)应，及(ji)气体可(ke)到(dao)达表(biao)面(mian)而附着(zhe)薄(bo)膜)等(deng)，故用途极广。膜生成(cheng)原理，例如由挥(hui)发性金(jin)属(shu)(shu)(shu)卤化(hua)(hua)物(wu)(MX)及(ji)金(jin)属(shu)(shu)(shu)有机化(hua)(hua)合(he)物(wu)(MR)等(deng)在(zai)高(gao)(gao)温中(zhong)气相化(hua)(hua)学(xue)反(fan)应(热分解(jie)，氢还原、氧(yang)化(hua)(hua)、替换反(fan)应等(deng))在(zai)基板上(shang)形成(cheng)氮化(hua)(hua)物(wu)、氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)、碳化(hua)(hua)物(wu)、硅(gui)化(hua)(hua)物(wu)、硼化(hua)(hua)物(wu)、高(gao)(gao)熔点金(jin)属(shu)(shu)(shu)、金(jin)属(shu)(shu)(shu)、半导(dao)体等(deng)薄(bo)膜方法。

热处理

在涂(tu)敷光(guang)刻(ke)(ke)(ke)胶之前，将洗净的(de)基片表(biao)面(mian)涂(tu)上附(fu)着(zhe)性增强(qiang)剂(ji)或将基片放在惰性气体中进(jin)行热处(chu)理。这样处(chu)理是(shi)为了增加(jia)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)胶与基片间(jian)的(de)粘附(fu)能力，防止显影时光(guang)刻(ke)(ke)(ke)胶图形的(de)脱落以及防止湿法腐(fu)蚀(shi)时产生侧面(mian)腐(fu)蚀(shi)(sideetching)。光(guang)刻(ke)(ke)(ke)胶的(de)涂(tu)敷是(shi)用转速和(he)旋转时间(jian)可自(zi)由设(she)定(ding)的(de)甩胶机来进(jin)行的(de)。

去除氮化硅

此处用干法(fa)氧化法(fa)将氮化硅去除

离子注入

离(li)子(zi)(zi)(zi)布植将硼离(li)子(zi)(zi)(zi)(B+3) 透(tou)过SiO2 膜注(zhu)入(ru)衬(chen)底，形成P型阱离(li)子(zi)(zi)(zi)注(zhu)入(ru)法是(shi)利用电场加速杂质(zhi)离(li)子(zi)(zi)(zi)，将其注(zhu)入(ru)硅衬(chen)底中(zhong)的方(fang)法。离(li)子(zi)(zi)(zi)注(zhu)入(ru)法的特点是(shi)可(ke)以(yi)精密地控制(zhi)扩散法难以(yi)得到的低(di)浓度杂质(zhi)分布。

退火处理

去(qu)除光刻胶放(fang)高温炉中进(jin)行退火处理以消除晶(jing)圆中晶(jing)格(ge)缺陷和内(nei)应力，以恢复晶(jing)格(ge)的完整性(xing)。使植入(ru)的掺杂原子扩(kuo)散到替代位置，产(chan)生电特性(xing)。

去除氮化硅层

用热磷(lin)酸去除氮(dan)化硅层，掺杂(za)磷(lin)(P+5) 离子，形成N 型(xing)阱，并使原先的(de)SiO2 膜厚度(du)增加，达到阻止下一(yi)步中n 型(xing)杂(za)质(zhi)注入P 型(xing)阱中。

去除SIO2层

退(tui)火处理，然(ran)后(hou)用HF 去除SiO2 层。

干法氧化法

干(gan)法氧(yang)化(hua)法生成一层(ceng)(ceng)SiO2 层(ceng)(ceng)，然后LPCVD 沉积一层(ceng)(ceng)氮化(hua)硅。此时P 阱(jing)的(de)表面因(yin)SiO2 层(ceng)(ceng)的(de)生长与(yu)刻蚀(shi)已低于(yu)N 阱(jing)的(de)表面水平(ping)面。这里的(de)SiO2 层(ceng)(ceng)和(he)氮化(hua)硅的(de)作用与(yu)前面一样(yang)。接(jie)下来(lai)的(de)步骤是为了隔离(li)区和(he)栅(zha)极与(yu)晶面之间的(de)隔离(li)层(ceng)(ceng)。

光刻技术和离子刻蚀技术

利用光刻技术和离子刻蚀技术，保留(liu)下栅隔离层上面的(de)氮化硅层。

湿法氧化

生长未有(you)氮化硅保护(hu)的SiO2 层，形成PN 之间的隔离区。

生成SIO2薄膜

热磷(lin)酸去除氮化硅(gui)，然后用HF 溶液(ye)去除栅隔(ge)离(li)层位(wei)置的(de)SiO2 ，并(bing)重新(xin)生(sheng)成品质(zhi)更好的(de)SiO2 薄膜, 作为栅极氧化层。

氧化

LPCVD 沉积多晶硅层，然(ran)后涂敷光(guang)阻进行光(guang)刻，以及等离子蚀(shi)刻技术，栅极结(jie)构，并氧化生成SiO2 保护层。

形成源漏极

表面涂敷光阻，去除(chu)P 阱区(qu)的(de)(de)(de)光阻，注入(ru)砷(As) 离子，形成NMOS 的(de)(de)(de)源漏极(ji)。用同(tong)样的(de)(de)(de)方法，在N 阱区(qu)，注入(ru)B 离子形成PMOS 的(de)(de)(de)源漏极(ji)。

沉积

利用PECVD 沉(chen)积一层无掺杂(za)氧化层，保护(hu)元件，并(bing)进(jin)行退火处理。

沉积掺杂硼磷的氧化层

含有硼(peng)磷杂(za)质的(de)(de)SiO2 层，有较低(di)的(de)(de)熔点(dian)，硼(peng)磷氧(yang)化(hua)层(BPSG) 加热到800 oC 时会软化(hua)并有流动特性，可使晶圆(yuan)表面(mian)初级平坦化(hua)。

晶圆,晶圆尺寸的概念

深处理

溅镀第一层(ceng)(ceng)金属(shu)利用(yong)光刻(ke)技术(shu)留出金属(shu)接触(chu)洞，溅镀钛+ 氮化钛+ 铝+ 氮化钛等(deng)多层(ceng)(ceng)金属(shu)膜。离子刻(ke)蚀出布线结构，并用(yong)PECVD 在(zai)上面沉积一层(ceng)(ceng)SiO2 介电质。并用(yong)SOG (spin on glass) 使表(biao)面平坦(tan)，加热去除SOG 中(zhong)的溶(rong)剂(ji)。然后再沉积一层(ceng)(ceng)介电质，为沉积第二层(ceng)(ceng)金属(shu)作准备。

晶圆尺寸的概念

晶(jing)圆是原材料(liao)加工上的(de)称呼，PCB主板(ban)上插接件如cpu、二极管等(deng)都是由晶(jing)圆加工而来的(de)。目前(qian)市面(mian)上出现(xian)的(de)晶(jing)圆直径是分为150mm，300mm以及450mm这三种(zhong)，晶(jing)圆切割(ge)成(cheng)好多小Die后，形状不一的(de)正方形、长方形等(deng)都有的(de)。

晶圆,晶圆尺寸的概念