晶圆制备.docx

晶圆制备.docx

《晶圆制备.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶圆制备.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

晶圆制备

半导体晶圆制备详解-芯片晶圆制备详解中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_L]#`_j3~_r

U5@_B'R_k_W0漫谈晶圆制备中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试4K_VC（vI__

2I3@_f7W9k_F_W_M0---讲述沙子转变成晶体及晶圆和用于芯片制造级的抛光片的生产步骤

O/]_p_^:

n_i0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试-ny1f_k"n_{,z&A_W

 中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_O_C_@_D_g:

b_xB（_

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_R_l_K0y:

E_g

介绍中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_R-e_~_v_@_?

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_@-j__]_x9y

高密度和大尺寸芯片的发展需要大直径的晶圆。

在上世纪60年代开始使用的是1²直径的晶圆，而现在业界根据90年代的工艺要求生产200毫米直径的晶圆。

300毫米直径的晶圆也已经投入生产线了，而根据SIA的技术路线图，到2007年，300毫米将成为标准尺寸。

以后预期会是400毫米或450毫米直径的晶圆。

大直径的晶圆是由不断降低芯片成本的要求驱动的。

然而，这对晶圆制备的挑战是巨大的。

大直径意味着高重量，这就需要更多坚固的工艺设备。

在晶体生长中，晶体结构上和电学性能一致性及污染的问题是一个挑战，这些挑战和几乎每一个参数更紧的工艺规格要求共存。

与挑战并进和提供更大直径晶圆是芯片制造不断进步的关键。

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试!

k___W_P#c3`,J_z

_L*F_h_~4m_~*I0

）}_q（j6`:

O（z0G+v'h"t0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试!

j_u_t%g#X{

半导体硅制备

5Bgn_{_l_d0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试:

J_y0a_K&Mc_I__（V

半导体器件和电路在半导体材料晶圆的表层形成，半导体材料通常是硅。

这些晶圆的杂质含量水平必须非常低，必须掺杂到指定的电阻率水平，必须是指定的晶体结构，必须是光学的平面，并达到许多机械及清洁度的规格要求。

制造IC级的硅晶圆分四个阶段进行：

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试/b%F_{.h_Q9?

{

_X+P9E9V_}m+A_i0晶圆制备阶段

_e_g[_o9wl_M%D0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试%d_w_O;d1X'y_i3[F

**矿石到高纯气体的转变中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试!

v0mB_Xu_@_Q1e_|_k_\

**气体到多晶的转变

Z~#Ny#B0**多晶到单晶，掺杂晶棒的转变中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试%u_K"w!

k$p_w_B

**晶棒到晶圆的制备

J_IE/\$V0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试:

]4\:

p&{_a_E）W

p_TO0]_J6eL0半导体制造的第一个阶段是从泥土里选取和提纯半导体材料的原料。

提纯从化学反应开始。

对于硅，化学反应是从矿石到硅化物气体，例如四氯化硅或三氯硅烷。

杂质，例如其他金属，留在矿石残渣里。

硅化物再和氢反应（图3.1）生成半导体级的硅。

这样的硅的纯度达99.9999999%，是地球上最纯的物质之一。

1它有一种称为多晶或多晶硅（polysilicon）的晶体结构。

_}-r_c8Fs_F0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试$At6k8|_^.{d@_EV`

晶体材料

6y+s%R_r_i_C_d8`;X!

B0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试K

q;n_E_`_e4]_Q1s

材料中原子的组织结构是导致材料不同的一种方式。

有些材料，例如硅和锗，原子在整个材料里重复排列成非常固定的结构，这种材料称为晶体（crystals）。

_d_o"o_sibkv3w"m0原子没有固定的周期性排列的材料称为非晶或无定形（amorphous）。

塑料是无定形材料的例子。

O2Q

hn___b0

T_e-}*D_v'i6`0晶胞中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_sH_p_N_B_f*X+w_K

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试.Vw_y'S!

L_m_?

_I

对于晶体材料实际上可能有两个级别的原子组织结构。

第一个是单个原子的组织结构。

晶体里的原子排列在称为晶胞（unitcell）的结构的特定点。

晶胞是晶体结构的第一个级别。

晶胞结构在晶体里到处重复。

_e&E）]_D!

n[_k8a#E;x_Bx0另一个涉及晶胞结构的术语是晶格（lattice）。

晶体材料具有特定的晶格结构，并且原子位于晶格结构的特定点。

_R-r_K_s1Q_M0在晶胞里原子的数量、相对位置及原子间的结合能会引发材料的许多特性。

每个晶体材料具有独一无二的晶胞。

硅晶胞具有16个原子排列成金刚石结构（图3.2）。

砷化镓晶体具有18个原子的晶胞结构称为闪锌矿结构（图3.3）。

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试#v_I_E:

?

_S;~

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试9^_{"l_W_D7O'o_l

多晶和单晶中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_v_t

QMKr0M:

M

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试\/Li_ea4t_q/B

晶体结构的第二个级别和晶胞的构成有关。

在本征半导体中，晶胞间不是规则的排列。

这种情形和方糖杂乱无章的堆起来相似，每个方糖代表一个晶胞。

这样排列的材料具有多晶结构。

_Z_B_U4j_G/J_^_K0当晶胞间整洁而有规则的排列时第二个级别的结构发生了（图3.4）。

那样排列的材料具有单晶结构。

_j3_T_`,O_t_}W*s0单晶材料比多晶材料具有更一致和更可预测的特性。

单晶结构允许在半导体里一致和可预测的电子流动。

在晶圆制造工艺的结尾，晶体的一致性对于分割晶圆成无粗糙边缘的晶元是至关重要的（见18章）。

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试8c"a9h_Z_l9I_X

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试W_v0L"c_~

晶圆是制造IC的基本原料中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试5t7g_P!

l_p

-~!

g4T's6i4o7A_N0硅是由沙子所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将这些纯硅制成长硅晶棒，成为制造积体电路的石英半导体的材料，经过照相制版，研磨，抛光，切片等程序，将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圆。

我们会听到几寸的晶圆厂，如果硅晶圆的直径越大，代表著这座晶圆厂有较好的技术。

另外还有scaling技术可以将电晶体与导线的尺寸缩小，这两种方式都可以在一片晶圆上，制作出更多的硅晶粒，提高品质与降低成本。

所以这代表6寸、8寸、12寸晶圆当中，12寸晶圆有较高的产能。

当然，生产晶圆的过程当中，良品率是很重要的条件。

T.p_U_|j_@

`0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试#O_C5@,K_@`,|,B

晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。

晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。

二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达0.99999999999。

晶圆制造厂再将此多晶硅融解，再于融液内掺入一小粒的硅晶体晶种，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗小晶粒在熔融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。

硅晶棒再经过研磨，抛光，切片后，即成为积体电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆”。

o_z_v&S_c_st___m;v_[（f_p0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试3g（d_r_nI__*U*A_|_S

一，晶圆制备关键术语和概念中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试*?

_`_k_@_|:

P_U_M,{6M）Q

1y:

g]$T;C_e）f_n）S0晶体籽晶

J_j_~_F"f_Q_}2E_k0晶胞熔融物

0j1[1y_b$Jd_n*}0多晶晶体生长

_y%F6j:

]3i_v8K!

o0单晶直拉法中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试9F_Xh_E

E5H_N

晶体定向区熔法

*u9nF;B（C_o_hN_O%b0<100>晶面液体掩盖直拉法中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_~_^f）X3\-P

<111>晶面晶圆参考面

6V_r'P_\_B3g_^0点缺陷晶圆参考面代码中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试,S_E_z_?

9M_E;n3T

晶体位错化学机械抛光

*^_Q-x_G_@_|/hng0原生缺陷背损伤中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试_`4M:

Kv_y_y

X_E

边缘倒角切片

&l8a%__U#b1G-x0滑移空位

-n/e"|）N3g_~#I_d0中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试%K+A"^_m$i_I_c!

L_e

晶圆术语

_h_z,?

_{_z2eo^*m01.器件或叫芯片（Chip,die,device,microchip,bar）：

这个名词指的是在晶圆表面占大部分面积的微芯片掩膜。

中国微电子网-集成电路设计,集成电路工艺,集成电路版图,半导体技术,半导体器件,芯片封装与测试!

lC3U9j_D_|,Y_r!

i_i_}_f

2.街区或锯切线（S