晶圓和矽片的區別

2021-02-25 芯電易網

晶圓是當代重要的器件之一,對於晶圓,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、矽片以及晶圓和矽片的區別予以介紹。如果你對晶圓具有興趣,可以繼續往下閱讀。

一、晶圓

(一)概念

晶圓是指矽半導體集成電路製作所用的矽晶片,由於其形狀為圓形,故稱為晶圓;在矽晶片上可加工製作成各種電路元件結構,而成為有特定電性功能之IC產品。晶圓的原始材料是矽,而地殼表面有用之不竭的二氧化矽。

(二)晶圓的製造過程

晶圓是製造半導體晶片的基本材料,半導體集成電路最主要的原料是矽,因此對應的就是矽晶圓。

矽在自然界中以矽酸鹽或二氧化矽的形式廣泛存在於巖石、砂礫中,矽晶圓的製造可以歸納為三個基本步驟:矽提煉及提純、單晶矽生長、晶圓成型。

首先是矽提純,將沙石原料放入一個溫度約為2000℃,並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矽進行化學反應(碳與氧結合,剩下矽),得到純度約為98%的純矽,又稱作冶金級矽,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,因此對冶金級矽進行進一步提純:將粉碎的冶金級矽與氣態的氯化氫進行氯化反應,生成液態的矽烷,然後通過蒸餾和化學還原工藝,得到了高純度的多晶矽,其純度高達99.999999999%,成為電子級矽。

接下來是單晶矽生長,最常用的方法叫直拉法。如下圖所示,高純度的多晶矽放在石英坩堝中,並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,使多晶矽熔化,同時又不會產生不需要的化學反應。為了形成單晶矽,還需要控制晶體的方向:坩堝帶著多晶矽熔化物在旋轉,把一顆籽晶浸入其中,並且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉,同時慢慢地、垂直地由矽熔化物中向上拉出。熔化的多晶矽會粘在籽晶的底端,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,在其被拉出和冷卻後就生長成了與籽晶內部晶格方向相同的單晶矽棒。用直拉法生長後,單晶棒將按適當的尺寸進行切割,然後進行研磨,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,晶圓片製造就完成了。

單晶矽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,生長的單晶矽棒直徑越大。而切出的晶圓片的厚度與直徑有關,雖然半導體器件的製備只在晶圓的頂部幾微米的範圍內完成,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。

晶圓製造廠把這些多晶矽融解,再在融液裡種入籽晶,然後將其慢慢拉出,以形成圓柱狀的單晶矽晶棒,由於矽晶棒是由一顆晶面取向確定的籽晶在熔融態的矽原料中逐漸生成,此過程稱為「長晶」。矽晶棒再經過切段,滾磨,切片,倒角,拋光,雷射刻,包裝後,即成為集成電路工廠的基本原料——矽晶圓片,這就是「晶圓」。

(三)晶圓的基本原料

矽是由石英砂所精練出來的,晶圓便是矽元素加以純化(99.999%),接著是將這些純矽製成矽晶棒,成為製造集成電路的石英半導體的材料,經過照相製版,研磨,拋光,切片等程序,將多晶矽融解拉出單晶矽晶棒,然後切割成一片一片薄薄的晶圓。

二、矽片

(一)定義

矽片是製作電晶體和集成電路的原料。一般是單晶矽的切片。矽片,是製作集成電路的重要材料,通過對矽片進行光刻、離子注入等手段,可以製成各種半導體器件。用矽片製成的晶片有著驚人的運算能力。科學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,使矽片(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)矽片的規格

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

1.按矽片直徑劃分

矽片直徑主要有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,在一個矽片上經一次工藝循環可製作的集成電路晶片數就越多,每個晶片的成本也就越低。因此,更大直徑矽片是矽片制各技術的發展方向。但矽片尺寸越大,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

直拉法制各的單晶矽,稱為CZ矽(片);磁控直拉法制各的單晶矽,稱為MCZ矽(片);懸浮區熔法制各的單晶矽,稱為FZ矽(片);用外延法在單晶矽或其他單晶襯底上生長矽外延層,稱為外延(矽片)。

三、矽片和晶圓的區別

未切割的單晶矽材料是一種薄型圓片叫晶圓片,是半導體行業的原材料,割後叫矽片,通過對矽片進行光刻、離子注入等手段,可以製成各種半導體器件。

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