简单的说晶圆是指拥有集成
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的硅晶片,因为其形状是圆的,故称为晶圆.晶圆在
电子数码领域的运用是非常广泛的.内存条、SSD,CPU、显卡、
手机内存、手机指纹芯片等等,可以说几乎对于所有的电子数码产品,晶圆都是不可缺少的。所以近年来全球晶圆的紧缺不仅仅是只导致了内存条和SSD的涨价,甚至整个电子数码产品领域都受到了非常严重的波及。可见晶圆的重要性。
如此紧要的晶圆,我们大多数却对它必将陌生。我们先来说说晶圆的主要原料。晶圆需要什么,需要硅。地球上第二丰富的元素是硅,而沙子、石头里都含有硅(满地都是硅,那为什么晶圆还缺呢!)。当然这仅仅能说沙子可以造晶圆,造CPU,芯片。如果真用沙子来做晶圆,提炼会是麻烦死人的。硅矿石的硅含量相对较高。所以晶圆一般的是以硅矿石为原料的。
一、脱氧提纯
沙子/石英经过脱氧提纯以后的得到含硅量25%的Si02二氧化硅。氧化硅经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并蒸馏后,得到纯度高达99%以上的晶体硅。晶体硅的纯度要求非常高,这也是造出晶圆昂贵的原因。大家知道钻石是个什么玩意儿吗?钻石就是碳元素经过脱氧以及其他因素形成的元素排列独特且纯度高达99.64%以上的晶体。大家想想,晶圆比人造钻石便宜多了,感觉还是很划算的。
硅的纯化I——通过化学反应将冶金级硅提纯以生成三氯硅烷
硅的纯化II——利用西门子方法,通过三氯硅烷和氢气反应来生产电子级硅
二、制造晶棒
晶体硅经过高温成型,采用旋转拉伸的方法做成圆形的晶棒。
有两种不同的生长方法:直拉法和区熔法。
a)直拉法
CZ法(切克劳斯基Czchralski):把熔化了的
半导体级硅液体变为有正确晶向并且被掺杂成N型或P型的固体单晶硅锭。
大部分的单晶都是通过直拉法生长的。生产过程如图所示
b)区熔法
把掺杂好的多晶硅棒铸在一个模型里,固定籽晶的一端然后放进生长炉中,用射频线圈加热籽晶与硅棒的接触区域,调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动,通过整根棒料,生长成一根单晶,晶向与籽晶的相同.
三、晶片分片
将晶棒横向切成厚度基本一致的晶圆片,Wafer。
四、Wafer抛光
进行晶圆外观的打磨抛光。
五、Wafer镀膜
通过高温,或者其他方式,使晶圆上产生一层Si02二氧化硅。Si02二氧化硅为绝缘材料,但有杂质和特殊处理的Si02二氧化硅有一定的导电性。
六、上光刻胶
光刻胶和以前照相的胶片一个道理。Wafer上光刻胶,要求薄而平整。
七、刻蚀线路,研磨抛光
刻蚀:用化学刻蚀的方法,腐蚀掉硅片表面约20微米的表层,消除硅片表面的损伤
•将硝酸 (水中浓度79% ), 氢氟酸(水中浓度49%),和纯醋酸 依照4:1:3 比例混合.
•化学反应式:
3 Si + 4HNO3 + 6 HF® 3H2SiF6 +4 NO + 8H2O
抛光:机械研磨、化学作用使表面平坦,移除晶圆表面的缺陷
八、晶圆测试
主要分三类:功能测试、性能测试、抗老化测试。具体有如:接触测试、功耗测试、输入漏电测试、输出电平测试、动态参数测试、 模拟信号参数测试等等。有坏的晶圆就报废,此为黑片;有一些测试没过,但不影响使用的分为白片,可以流出;而全部通过测试的为正片
九、包装入盒
硅片装在片架上,放入充满氮气的密封小盒内以免在运输过程中被氧化或沾污
十、发往封测
Die(裸片)经过封测,就成了我们电子数码产品上的芯片。
晶圆的制造在半导体领域,科技含量相当的高,技术工艺要求非常高。而我国半导体事业起步较晚,在晶圆的制造上还处于建设发展阶段。现在我国主要做的是晶圆的封测。我国的晶圆封测规模和市场都是全球首屈一指的,约占全球约1/4。虽然近年我国大力支持半导体行业,支持晶圆制造,也取得了一些成绩。但是任重道远。目前晶圆制造,核心技术,依然牢牢的把握在外国晶圆厂家的手里。我国对外国晶圆的依赖性还非常之大。甚至普通消费者对外国电子产品的依赖性也相当大,认为外国的月亮比中国的圆。这也是全球晶圆紧缺,中国电子数码市场首当其冲,强烈起伏的原因;也是外国在电子数码领域对我们予取予求的原因