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半导体的生产工艺流程_晶圆制作

分类: 光电/LED器件来源:百度文库作者:百度文库发布时间:2017-11-01关键字:半导体  生产工艺  生产流程  晶圆制作
硅晶圆 (silicon wafer) 是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体,显然是经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程,大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky) 拉晶法 (CZ法)。拉晶时,将特定晶向 (orientation) 的晶种 (seed),浸入过饱和的纯硅熔汤 (Melt) 中,并同时旋转拉出,硅原子便依照晶种晶向,乖乖地一层层成长上去,而得出所谓的晶棒 (ingot)。

  硅晶圆 (silicon wafer) 是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体,显然是经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程,大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky) 拉晶法 (CZ法)。拉晶时,将特定晶向 (orientation) 的晶种 (seed),浸入过饱和的纯硅熔汤 (Melt) 中,并同时旋转拉出,硅原子便依照晶种晶向,乖乖地一层层成长上去,而得出所谓的晶棒 (ingot)。晶棒的阻值如果太低,代表其中导电杂质 (impurity dopant) 太多,还需经过FZ法 (floating-zone) 的再结晶 (re-crystallization),将杂质逐出,提高纯度与阻值。

  辅拉出的晶棒,外缘像椰子树干般,外径不甚一致,需予以机械加工修边,然后以X光绕射法,定出主切面 (primary flat) 的所在,磨出该平面;再以内刃环锯,削下一片片的硅晶圆。最后经过粗磨 (lapping)、化学蚀平 (chemical etching) 与拋光 (polishing) 等程序,得出具表面粗糙度在0.3微米以下拋光面之晶圆。(至于晶圆厚度,与其外径有关。)

  刚才题及的晶向,与硅晶体的原子结构有关。硅晶体结构是所谓「钻石结构」(diamond-structure),系由两组面心结构 (FCC),相距 (1/4,1/4,1/4) 晶格常数 (lattice constant;即立方晶格边长) 叠合而成。我们依米勒指针法 (Miller index),可定义出诸如 :{100}、{111}、{110} 等晶面。所以晶圆也因之有 {100}、{111}、{110}等之分野。有关常用硅晶圆之切边方向等信息,请参考图2-2。

  现今半导体业所使用之硅晶圆,大多以 {100} 硅晶圆为主。其可依导电杂质之种类,再分为p型 (周期表III族) 与n型 (周期表V族)。由于硅晶外貌完全相同,晶圆制造厂因此在制作过程中,加工了供辨识的记号:亦即以是否有次要切面 (secondary flat) 来分辨。该次切面与主切面垂直,p型晶圆有之,而n型则阙如。

  {100}硅晶圆循平行或垂直主切面方向而断裂整齐的特性,所以很容易切成矩形碎块,这是早期晶圆切割时,可用刮晶机 (scriber) 的原因 (它并无真正切断芯片,而只在表面刮出裂痕,再加以外力而整齐断开之。)事实上,硅晶的自然断裂面是{111},所以虽然得到矩形的碎芯片,但断裂面却不与{100}晶面垂直!

  以下是订购硅晶圆时,所需说明的规格:项目说明

  晶面 {100}、{111}、{110} ± 1o 外径(吋) 3 4 5 6

  厚度(微米) 300~450 450~600 550~650 600~750(±25) 杂质 p型、n型

  阻值(Ω-cm) 0.01 (低阻值) ~ 100 (高阻值) 制作方式 CZ、FZ (高阻值) 拋光面 单面、双面 平坦度(埃) 300 ~ 3,000