晶圆是什么_晶圆为什么是圆的_晶圆制造工艺

　　晶圆是什么

　　晶圆是微电子产业的行业术语之一。

　　高纯度的硅（纯度，99.99.。。。.99，小数点后面9-11个9），一般被做成直径6英寸，8英寸或者12英寸的圆柱形棒。

　　集成电路生产企业把这些硅棒用激光切割成极薄的硅片（圆形），然后在上面用光学和化学蚀刻的方法把电路、电子元器件做上去，做好之后的每片硅片上有大量的一片片的半导体芯片（小规模电路或者三极管的话，每片上可以有3000-5000片），这些加工好的圆形硅片就是晶圆。

　　之后它们将被送到半导体封装工厂进行封装，之后的成品就是我们看到的塑封集成电路或者三极管了。

　　晶圆为什么是圆的

　　因为制作工艺决定了它是圆形的。因为提纯过后的高纯度多晶硅是在一个子晶（seed）上旋转生长出来的。多晶硅被融化后放入一个坩埚（Quartz Crucible）中，再将子晶放入坩埚中匀速转动并且向上提拉，则熔融的硅会沿着子晶向长成一个圆柱体的硅锭（ingot）。这种方法就是现在一直在用的CZ法（Czochralski），也叫单晶直拉法。如下图：

　　

　　然后硅锭在经过金刚线切割变成硅片：

　　

　　在经过打磨等等处理后就可以进行后续的工序了（CPU制造的那些事之一：i7和i5其实是孪生兄弟！？）

　　单晶直拉法工艺中的旋转提拉决定了硅锭的圆柱型，从而决定晶圆是圆形的。

　　为什么后来又不圆了呢？

　　那为啥后来又不圆了呢？其实这个中间有个过程掠过了，那就是Flat/Notch Grinning。

　　

　　它在硅锭做出来后就要进行了。在200mm以下的硅锭上是切割一个平角，叫做Flat。在200mm（含）以上硅锭上，为了减少浪费，只裁剪个圆形小口，叫做Notch（参考资料2）。在切片后晶圆就变成了这样：

　　

　　如果你仔细看我的第一个图，你也会发现它其实是有缺一个小豁口的。

　　为什么要这样做呢？这不是浪费吗？其实，这个小豁口因为太靠近边缘而且很小，在制作Die时是注定没有用的，这样做可以帮助后续工序确定Wafer摆放位置，为了定位，也标明了单晶生长的晶向。定位设备可以是这样：

　　

　　这样切割啊，测试啊都比较方便。

　　晶圆制造工艺

　　1、表面清洗

　　2、初次氧化

　　3、CVD（Chemical Vapor deposition） 法沉积一层Si3N4 （Hot CVD 或LPCVD） 。

　　（1）常压CVD （Normal Pressure CVD）

　　（2）低压CVD （Low Pressure CVD）

　　（3）热CVD （Hot CVD）/（thermal CVD）

　　（4）电浆增强CVD （Plasma Enhanced CVD）

　　（5）MOCVD （Metal Organic CVD） & 分子磊晶成长（Molecular Beam Epitaxy）

　　（6）外延生长法（LPE）

　　4、涂敷光刻胶

　　（1）光刻胶的涂敷

　　（2）预烘（pre bake）

　　（3）曝光

　　（4）显影

　　（5）后烘（post bake）

　　（6）腐蚀（etching）

　　（7）光刻胶的去除

　　5、此处用干法氧化法将氮化硅去除

　　6 、离子布植将硼离子（B+3） 透过SiO2 膜注入衬底，形成P 型阱

　　7、去除光刻胶，放高温炉中进行退火处理8、用热磷酸去除氮化硅层，掺杂磷（P+5） 离子，形成N 型阱

　　9、退火处理，然后用HF 去除SiO2 层

　　10、干法氧化法生成一层SiO2 层，然后LPCVD 沉积一层氮化硅

　　11、利用光刻技术和离子刻蚀技术，保留下栅隔离层上面的氮化硅层

　　12、湿法氧化，生长未有氮化硅保护的SiO2 层，形成PN 之间的隔离区

　　13、热磷酸去除氮化硅，然后用HF 溶液去除栅隔离层位置的SiO2 ，并重新生成品质更好的SiO2 薄膜， 作为栅极氧化层。

　　14、LPCVD 沉积多晶硅层，然后涂敷光阻进行光刻，以及等离子蚀刻技术，栅极结构，并氧化生成SiO2 保护层。

　　15、表面涂敷光阻，去除P 阱区的光阻，注入砷（As） 离子，形成NMOS 的源漏极。用同样的方法，在N 阱区，注入B 离子形成PMOS 的源漏极。

　　16、利用PECVD 沉积一层无掺杂氧化层，保护元件，并进行退火处理。

　　17、沉积掺杂硼磷的氧化层18、濺镀第一层金属

　　（1）薄膜的沉积方法根据其用途的不同而不同，厚度通常小于1um 。

　　（2）真空蒸发法（Evaporation Deposition ）

　　（3）溅镀（Sputtering Deposition ）

　　19、光刻技术定出VIA 孔洞，沉积第二层金属，并刻蚀出连线结构。然后，用PECVD 法氧化层和氮化硅保护层。

　　20、光刻和离子刻蚀，定出PAD 位置

　　21、最后进行退火处理，以保证整个Chip 的完整和连线的连接性