关于晶圆制造的专业词汇介绍

  作者：Disciples   

晶圆的专业词汇

首先，我们先来了解下晶圆的有哪些部位，以及一些专业叫法。

①芯片(chip or die)，指的是在晶圆表面占绝大部分面积的微芯片图形；

②工程实验片(engineering die),这些芯片和正式的器件或电路芯片不同，它包括特殊的器件或电路模块，用于晶圆生产工艺的电性能测试；

③划片线(scribe line)，这些区域是在晶圆上用来分隔不同芯片之间的间隔区，其通常是空白的，有些公司可能会放置一些对准标记或者其他内容；

④边缘芯片(edge die)，在晶圆的边缘上的一些残缺的芯片，由于单个芯片尺寸的增大而造成更多的边缘浪费，这时候会采用更大直径的晶圆来降低，这点我们在前面有聊过，更大直径的晶圆是一大趋势；

⑤晶圆的晶面(wafer crystal plane)，表示芯片下面的晶格结构；

⑥晶圆的定位边(wafer flat)，晶圆有主定位边和副定位边，用以区分P/N型以及其晶向。

基础工艺

集成电路芯片种类繁杂，功用也十分广泛，但是他们都是由为数不多的基本结构(主要为双极型结构和经书氧化物半导体结构)和生产工艺来制造的。

4种最基本的工艺方法：增层、光刻、掺杂和热处理。通过大量的工艺顺序和工艺变化来制造所需要的芯片。

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薄膜工艺

薄膜工艺(layering)是在晶圆表面形成薄膜的加工工艺。在晶圆表面有着许多的薄膜，这些薄膜可以是绝缘体、半导体或者导体，它们由不同的材料组成，使用多种工艺生长或淀积的。

这些主要的工艺技术是生长二氧化硅膜和淀积不同种材料的薄膜，详见下面：

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图形化工艺

图形化工艺(patterning)是通过一系列生产步骤将晶圆表面的薄膜的特定部分去除的工艺，晶圆表面会留下带有微图形的薄膜。

图形化工艺又称为光刻(photolithography)或者微光刻(microlithography)等，晶体三极管、二极管、电容器、电阻器和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成，这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并结合生成薄膜及去除的特定部分，通过图形化工艺，最终在晶圆上保留所需要的特征图形部分。生产尺寸精度和准确性要求非常高，在晶圆表面的位置要正确，而且与其他部位的关联也要正确，这是个非常严格的大工程。实际中的图形化工艺要完成5层到20层甚至更多层，所以此中环节的污染问题也需要严格把控。

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掺杂

前面我们提到掺杂的作用和必要性，其将特定量的杂质通过薄膜开口引入晶圆表层，有两种工艺：热扩散(thermal diffusion)和离子注入(implantation)。

热扩散是在1000℃左右的高温下发生的化学反应，晶圆暴露在一定掺杂元素气态下。气态下的掺杂原子通过扩散化学反应迁移到暴露的晶圆表面，形成一层薄膜。在芯片应用中，热扩散又称为固态扩散，因为晶圆材料是固态的，热扩散是一个化学反应过程。

离子注入是一个物理反应过程。晶圆被放在离子注入机的一端，掺杂离子源(通常为气态)在另一端。在离子源一端，掺杂体原子被离子化(带有一定电荷)，被加速到超高速，穿过晶圆表层注入进去。

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热处理

热处理是简单地将晶圆加热和冷却来达到特定结果，在热处理过程中，虽然会有一些污染物和水汽从晶圆上蒸发，但在晶圆上没有增加和去除任何物质。几个工艺中涉及到的热处理如下：  

在离子注入工艺之后会有一步重要热处理，掺杂原子的注入所造成的晶圆损伤会被热处理修复，我们一般被称为退火，温度在1000℃左右。金属导线在晶圆上制成之后会有一步热处理，为了保持导线良好的导电性和连接性，会在450℃热处理与晶圆表面紧密熔合。还有就是通过热处理将晶圆表面的光刻胶溶剂蒸发掉，从而得到精确的图形。

编辑：黄飞