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晶圓和硅片的區別!-蘇州愛特維等離子清洗/等離子設備

發布日期:2021-03-26 15:30 來源:http://www.historianr.com 點擊:

晶圓和硅片的區別!-蘇州愛特維等離子清洗/等離子設備

晶圓是當代重要的器件之一,對于晶圓,電子等相關專業的朋友通常較為熟悉。為增進大家對晶圓的了解,本文中,小編將對晶圓、硅片以及晶圓和硅片的區別予以介紹。如果你對晶圓具有興趣,可以繼續往下閱讀。

一、晶圓

(一)概念

晶圓是指硅半導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構,而成為有特定電性功能之IC產品。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)晶圓的制造過程

晶圓是制造半導體芯片的基本材料,半導體集成電路較主要的原料是硅,因此對應的就是硅晶圓。

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基本步驟:硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。

首先是硅提純,將沙石原料放入一個溫度約為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行化學反應(碳與氧結合,剩下硅),得到純度約為98%的純硅,又稱作冶金級硅,這對微電子器件來說不夠純,因為半導體材料的電學特性對雜質的濃度非常敏感,因此對冶金級硅進行進一步提純:將粉碎的冶金級硅與氣態的氯化氫進行氯化反應,生成液態的硅烷,然后通過蒸餾和化學還原工藝,得到了高純度的多晶硅,其純度高達99.999999999%,成為電子級硅。

接下來是單晶硅生長,較常用的方法叫直拉法。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℃,爐中的空氣通常是惰性氣體,使多晶硅熔化,同時又不會產生不需要的化學反應。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,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,同時慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端,按籽晶晶格排列的方向不斷地生長上去。因此所生長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成了與籽晶內部晶格方向相同的單晶硅棒。用直拉法生長后,單晶棒將按適當的尺寸進行切割,然后進行研磨,將凹凸的切痕磨掉,再用化學機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速度決定的,一般來說,上拉速率越慢,生長的單晶硅棒直徑越大。而切出的晶圓片的厚度與直徑有關,雖然半導體器件的制備只在晶圓的頂部幾微米的范圍內完成,但是晶圓的厚度一般要達到1mm,才能保證足夠的機械應力支撐,因此晶圓的厚度會隨直徑的增長而增長。

晶圓制造廠把這些多晶硅融解,再在溶液里種入籽晶,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的硅原料中逐漸生成,此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經過切段,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”。

(三)晶圓的基本原料

硅是由石英砂所精練出來的,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體的材料,經過照相制版,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。


延伸一下知識點,把晶圓尺寸和產品結合:


① 12寸:主要用于高端產品,如CPUGPU等邏輯芯片和存儲芯片。


② 8寸:主要用于中低端產品,如電源管理IC、LCDLED驅動IC、MCU、功率半導體MOSFE、汽車半導體等。


③ 6寸:功率半導體、汽車電子等。


目前主流的硅晶圓為300mm(12寸)、200mm(8寸)和150mm(6寸),其份額分別是12寸占65-70%左右,8寸占25-27%左右,6寸占6-7%左右,12寸的占比較大。


二、硅片

(一)定義

硅片是制作晶體管和集成電路的原料。一般是單晶硅的切片。硅片,是制作集成電路的重要材料,通過對硅片進行光刻、離子注入等手段,可以制成各種半導體器件。用硅片制成的芯片有著驚人的運算能力??茖W技術的發展不斷推動著半導體的發展。自動化和計算機等技術發展,使硅片(集成電路)這種高技術產品的造價已降到十分低廉的程度。

(二)硅片的規格

硅片規格有多種分類方法,可以按照硅片直徑、單晶生長方法、摻雜類型等參量和用途來劃分種類。

1.按硅片直徑劃分

硅片直徑主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸(300mm),目前已發展到18英寸(450mm)等規格。直徑越大,在一個硅片上經一次工藝循環可制作的集成電路芯片數就越多,每個芯片的成本也就越低。因此,更大直徑硅片是硅片制各技術的發展方向。但硅片尺寸越大,對微電子工藝設各、材料和技術的要求也就越高。

2.按單晶生長方法劃分

直拉法制各的單晶硅,稱為CZ硅(片);磁控直拉法制各的單晶硅,稱為MCZ硅(片);懸浮區熔法制各的單晶硅,稱為FZ硅(片);用外延法在單晶硅或其他單晶襯底上生長硅外延層,稱為外延(硅片)。

三、硅片和晶圓的區別

未切割的單晶硅材料是一種薄型圓片叫晶圓片,是半導體行業的原材料,割后叫硅片,通過對硅片進行光刻、離子注入等手段,可以制成各種半導體器件。

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