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        晶圓回收

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        晶圓是怎樣被制造出來的呢

        發布日期:2022-04-06

        半導體作為我國最重要的產業之一,每年為全球貢獻近五千億美金的產值,可以毫不夸張的說,半導體技術無處不在。俗話說:巧婦難為無米之炊,硅晶圓作為制造半導體器件和芯片的基本材料,在產業中扮演著舉足輕重的地位,硅是當今最重要、應用最廣泛的半導體材料。

        硅是非常常見的物質,如沙子里面就有二氧化硅,但沙子到硅晶體這可是個非常復雜的過程,如沙子要經過提純、高溫整形再到旋轉拉伸……單晶硅是晶圓最初始的狀態,在實際應用中仍不行,還需要制造成晶圓,而且是要求很高的圓圓晶體。在實際的生產中,我們通常將二氧化硅還原成單晶硅,但是這個過程難度很高,因為實際用到的晶圓純度很高,要達到99.999%以上,常用的晶圓生產過程包括硅的純化、純硅制成硅晶棒、制造成電路的石英半導體材料、照相制版、硅材料研磨和拋光、多晶硅融解然后拉出單晶硅晶棒再到最后切割成一片薄薄的晶圓。

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        常見的硅晶圓生產流程


        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,硅晶圓的制造有三大步驟:硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。


        一、硅提煉及提純


        硅的提純是第一道工序,需將沙石原料放入一個溫度超過兩千攝氏度的并有碳源的電弧熔爐中,在高溫下發生還原反應得到冶金級硅,然后將粉碎的冶金級硅與氣態的氯化氫反應,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。


        二、單晶硅生長



        (用直拉法制造晶圓的流程圖)


        晶圓企業常用的是直拉法,如上圖所示,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,溫度維持在大約一千多攝氏度,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。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,再用化學機械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡,這時候晶圓片就制造完成了。

        晶圓制造廠把這些多晶硅融解,再在融液里種入籽晶,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。


        三、晶圓成型


        完成了上述兩道工藝,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”。在現實中,經常會聽到人們講幾寸晶圓廠,它是說生產單片晶圓的尺寸。一般情況下,硅晶圓直徑越大,代表晶圓廠技術實力越強,如中芯國際以12寸晶圓為主,臺積電的8寸晶圓等。為了將電晶體與導線尺寸縮小,可以幾片晶圓制作在同一片晶圓上,制作出更多的硅晶粒,但是硅晶圓生產最關鍵的參數就是良品率,這是晶圓廠的核心技術參數,它與硅晶圓生產設備的質量密不可分。



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