半导体制造工艺 - 知识百科

半导体制造工艺

更新时间：2024-06-27 11:20

《半导体制造工艺》是2015年8月7日机械工业出版社出版的图书，作者是张渊。

内容简介

硅片是一种硅材料通过加工切成一片一片的。硅是一种硬度很高的物质，硅材料看起来像石头一样，他要经过清洗干净然后用炉子加热融化形成一个大块的硅锭，然后再用特定机器来进行细切成一片一片。

主要工艺过程：多晶硅——区熔或直拉——单晶硅棒——滚、切、磨、抛——硅片

硅晶圆（silicon wafer）是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经过纯炼与

结晶的程序。晶体化的制程，大多是采用「柴可拉斯基」

(Czycrasky) 拉晶法(CZ法)。拉晶时，将特定晶向(orientation) 的晶种(seed)，浸入过饱和的纯硅熔汤(Melt) 中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒(ingot)晶棒

的阻值如果太低，代表其中导电杂质 (impurity dopant) 太多，还需经过FZ法 (floating-zone) 的再结晶 (re-crystallization)，将杂质逐出，提高纯度与阻值。

辅拉出的晶棒，外缘像椰子树干般，外径不甚一致，需予以机械加工修边，然后以X光绕射法，定出主切面 (primary flat) 的所在，磨出该平面；再以内刃环锯，削下一片片的硅晶圆。最后经过粗磨 (lapping)、化学蚀平(chemical etching) 与抛光(polishing) 等程序，得出具表面粗糙度在0.3微米以下抛光面之晶圆。(至于晶圆厚度，与其外径有关。) 刚才题及的晶向，与硅晶体的原子结构有关。硅晶体结构是所谓「钻石结构」(diamond-structure)，系由两组面心结构 (FCC)，相距(1/4,1/4,1/4) 晶格常数 (lattice constant；即立方晶格边长) 叠合而成。我们依米勒指针法 (Miller index)，可定义出诸如：{100}、{111}、{110} 等晶面。所以晶圆也因之有 {100}、{111}、{110}等之分野。有关常用硅晶圆之切边方向等信息，请参考图2-2。现今半导体业所使用之硅晶圆，大多以 {100} 硅晶圆为主。其可依导电杂质之种类，再分为p型 (周期表III族) 与n型 (周期表V族)。由于硅晶外貌完全相同，晶圆制造厂因此在制作过程中，加工了供辨识的记号：亦即以是否有次要切面 (secondary flat) 来分辨。该次切面与主切面垂直，p型晶圆有之，而n型则阙如。 {100}硅晶圆循平行或垂直主切面方向而断裂整齐的特性，所以很容易切成矩形碎块，这是早期晶圆切割时，可用刮晶机 (scriber) 的原因 (它并无真正切断芯片，而只在表面刮出裂痕，再加以外力而整齐断开之。)事实上，硅晶的自然断裂面是{111}，所以虽然得到矩形的碎芯片，但断裂面却不与{100}晶面垂直！以下是订购硅晶圆时，所需说明的规格：项目说明晶面 {100}、{111}、{110} ± 1o 外径(吋) 3 4 5 6 厚度(微米) 300~450 450~600 550~650 600~750(±25) 杂质 p型、n型阻值(Ω-cm) 0.01 (低阻值) ~ 100 (高阻值) 制作方式 CZ、FZ (高阻值) 抛光面单面、双面平坦度(埃) 300 ~ 3,000 北京特博万德科技有限公司

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