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一文带你看懂什么是硅晶圆!他又若何制造的呢?_晶圆_晶片

神尊大人 2024-11-24 11:08:53 0

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在半导体的新闻中,总是会提到以尺寸标示的晶圆厂,如 8寸或是 12寸晶圆厂,然而,所谓的晶圆到底是什么东西? 个中 8寸指的是什么部分? 要产出大尺寸的晶圆制造又有什么难度呢? 以下将逐步先容半导体最主要的根本——「晶圆」到底是什么?

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什么是晶圆?

硅晶圆(wafer)用来制造集成电路(IC)的载板,在上面布满晶粒,将晶粒切开后得到芯片,将芯片经由封装测试,制成集成电路。
硅晶圆尺寸是它的直径,目前较常见的有6、8、12英寸。
硅晶圆的尺寸越大越贵,生产本钱愈高,但能额外产出的芯片数量是好几倍,例如:12寸晶圆的生产本钱大约是6寸晶圆的「2倍」,但是12寸晶圆的「面积」是6寸晶圆的「4倍」(边长2倍,面积4倍),末了得到的芯片数目是4倍,大的硅晶圆本钱虽然较高,但单位本钱是降落的,一片硅晶圆可以产生上百或上千个相同的芯片,但大的硅晶圆制程技能与环境设备哀求,也相对来说更为严苛。

我们可以将晶片制造比拟成用乐高积木盖屋子,藉由一层又一层的堆叠,完本钱身期望的造型(也便是各式晶片)。
然而,如果没有良好的地基,盖出来的屋子就会歪来歪去,不合自己所意,为了做出完美的屋子,便须要一个平稳的基板。
对晶片制造来说,这个基板便是接下来将描述的晶圆。

首先,先回忆一下小时候在玩乐高积木时,积木的表面都会有一个一个小小圆形的凸出物,藉由这个布局,我们可将两块积木稳固的叠在一起,且不需利用胶水。
晶片制造,也因此类似这样的办法,将后续添加的原子和基板固定在一起。
因此,我们须要探求表面整洁的基板,以知足后续制造所需的条件。

在固体材料中,有一种分外的晶体构造──单晶(Monocrystalline)。
它具有原子一个接着一个紧密排列在一起的特性,可以形成一个平整的原子表层。
因此,采取单晶做成晶圆,便可以知足以上的需求。
然而,该如何产生这样的材料呢,紧张有二个步骤,分别为纯化以及拉晶,之后便能完成这样的材料。

如何制造单晶的晶圆

纯化分成两个阶段,第一步是冶金级纯化,此一过程紧张是加入碳,以氧化还原的办法,将氧化硅转换成98% 以上纯度的硅。
大部分的金属提炼,像是铁或铜等金属,皆是采取这样的办法得到足够纯度的金属。
但是,98% 对付晶片制造来说依旧不足,仍须要进一步提升。
因此,将再进一步采取西门子制程(Siemens process)作纯化,如此,将得到半导系统编制程所需的高纯度多晶硅。

接着,便是拉晶的步骤。
首先,将前面所得到的高纯度多晶硅融化,形成液态的硅。
之后,以单晶的硅种(seed)和液体表面打仗,一边旋转一边缓慢的向上拉起。
至于为何必要单晶的硅种,是由于硅原子排列就和人排队一样,会须要排头让后来的人该如何精确的排列,硅种便是主要的排头,让后来的原子知道该如何排队。
末了,待离开液面的硅原子凝固后,排列整洁的单晶硅柱便完成了。

然而,8寸、12寸又代表什么东西呢? 他指的是我们产生的晶柱,长得像铅笔笔杆的部分,表面经由处理并切成薄圆片后的直径。
至于制造大尺寸晶圆又有什么难度呢? 如前面所说,晶柱的制作过程就像是在做棉花糖一样,一边旋转一边成型。
有制作过棉花糖的话,该当都知道要做出大而且踏实的棉花糖是相称困难的,而拉晶的过程也是一样,旋转拉起的速率以及温度的掌握都会影响到晶柱的品质。
也因此,尺寸愈大时,拉晶对速率与温度的哀求就更高,因此要做出高品质12 寸晶圆的难度就比8 寸晶圆还来得高。

只是,一整条的硅柱并无法做成晶片制造的基板,为了产生一片一片的硅晶圆,接着须要以钻石刀将硅晶柱横向切成圆片,圆片再经由抛光便可形成晶片制造所需的硅晶圆

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