晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达99.999999999%。晶圆是制造半导体芯片的基本材料,半导体集成电路最主要的原料是硅,因此对应的就是硅晶圆。硅在自然界中以硅酸盐或二氧化硅的形式广泛存在于岩石、砂砾中,硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤:硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型。
晶圆(WAFER):多指单晶硅圆片,由普通硅沙拉制提炼而成,是最常用的半导体材料。按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸等规格,近来已经发展出16英寸甚至更大规格。晶圆越大,同一圆片上可生产同规格的IC就多,可有效降低IC成本。半导体晶圆制造的基本原理,主要是将经过精密设计的电路,藉由光罩逐层(Layer by Layer)的转移至矽晶圆上,以制造出所需的IC产品。主要的加工步骤包括化学清洗(Chemical clean)、氧化∕薄膜沈积(Oxidation∕Metal deposition)、光罩投影(Photolithography)、蚀刻(Etching)、离子植入(Ion implant)、扩散(Diffuse)、光阻去除、检验与量测等[34],总加工步骤随著历年曝光方式的改变及线路线宽的减少而与日遽增。以动态随机存取记忆体(DRAM)为例,制作过程非常困难且繁复,如将量测与检验等步骤纳入考量,总制程步骤已超过五百道以上。
晶圆制造的基本流程,是将矽晶圆投入制程中,经过化学清洗、氧化∕薄膜沈积等程序后,会於矽晶圆表面形成一层矽氧化膜,此薄膜经过上光阻液、并配合光罩於黄光区进行曝光、显影,就可将光罩上的电路图移转至矽晶圆上。经过特殊光线照射后的光阻液会产生变化,使得此部份的光阻液可利用化学药品或腐蚀性气体去除而露出矽氧化膜,此为蚀刻(Etching)过程。露出的矽氧化膜经离子植入制程,於晶圆表面植入硼、砷和磷等离子,以形成半导体电子元件。接下来以金属贱镀的方式,於晶圆表面贱镀能够导电的金属层,以连接电子元件,并以表面绝缘保护,就可完成其中一个层(Layer)的制造。如此一层一层的层叠架构,就可将电路图完全的移转至矽晶圆上,完成所制造的IC产品,不同功能的IC产品所需的层数也不相同,视其复杂度而定。以下便针对上述几个单元制作略述其制造、生产特性以及所使用的设备。
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