晶圆是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。晶圆的原始材料是硅,而硅是由石英砂所精练出来的,晶圆便是由硅元素加以纯化(可达到99.999%),接着将这些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,之后经过照相制版,研磨,抛光,切片等一系列程序,将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒,然后切割成一片一片薄薄的晶圆。硅晶圆的制造可被归纳为三个基本步骤,分别是硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型。目前晶圆制造过程涉及的材料有硅片、掩膜版、电子气体、光刻胶配套试剂、CMP材料、工业化学品、光刻胶、靶材等等,其中硅片在各材料占比为31%,是晶圆的重要组成部分
晶圆随着芯片技术升级和降低成本需要而不断发展。在降低成本方面,通过不断变大晶圆尺寸以容纳更多电路和减少废弃比例就是晶圆的历史发展趋势。从1970年代至今,晶圆尺寸已经由过去的100mm(4英寸)发展至当前的300mm(12英寸)。根据IC Insight统计,2016年晶圆出货量为10738百万平方英寸,其中300mm晶圆占晶圆产能的63.6%,预计到2021年,将有123家12英寸晶圆厂,产能占比将达到71.2%。由于目前18英寸晶圆技术尚未成熟,且成本高昂,需求不足,未来几年内300mm(12英寸)晶圆仍将是主流技术路线
众所周知,晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片,是由硅晶棒在经过研磨、抛光、及切片后,形成的硅晶圆片。然而,在实际导片过程中,难免会存在一些边缘损伤,因此,目前企业所使用的导片机中,取料装置将晶圆从取料台中取下后放置在边缘时校准器中,在对晶圆表面检测的同时,也需要进行边缘校准,校准完毕后再由取料装置将晶圆从寻边器中取下后送至取料台中并记录位置。
晶圆划片是半导体芯片制造工艺流程中的一道的工序,在晶圆制造中属于后道工序。将做好芯片的整片晶圆按芯片大小分割成单一的芯片(晶粒),称为晶圆划片。Si、SiC、Sapphire、Inp等材料被广泛应用于半导体晶圆的衬底材料。随着晶圆集成度大规模提高,晶圆趋向于轻薄化,传统的很多加工方式已不再适合。于是部分工序引入了激光切割技术。
晶圆制造厂把这些多晶硅融解,再在融液里种入籽晶,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的硅原料中逐渐生成,此过程称为“长晶”。硅晶棒再经过切段,滚磨,切片,倒角,抛光,激光刻,包装后,即成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片,这就是“晶圆”。
晶圆的集成电路制造,为了降低器件热阻、提高工作散热及冷却能力、便于封装,在硅晶圆正面制作完集成电路后,需要进行背面减薄。晶圆的背面研磨工艺,是在晶圆的正面贴一层膜保护已经制作好的集成电路,然后通过研磨机来进行减薄。晶圆背面研磨减薄后,表面会形成一层损伤层,且翘曲度高,容易破片。为了解决这些问题,需要对晶圆背面进行湿法硅腐蚀,去除损伤层,释放晶圆应力,减小翘曲度及使表面粗糙化。使用槽式的湿法机台腐蚀时,晶圆正面及背面均与腐蚀液接触,正面贴的膜耐腐蚀,从而保护正面的集成电路。使用单片作业的湿法机台,晶圆的正面通常已被机台保护起来,不会与腐蚀液或者腐蚀性的气体有接触,可以撕膜后再进行腐蚀。
硅晶圆切片工艺是在“后端”装配工艺中的步。在芯片的分割期间,刀片碾碎基础材料(晶圆),同时去掉所产生的碎片。材料的去掉沿着晶方(dice)的有源区域之间的切割线(迹道)发生的。冷却剂(通常是去离子水)指到切割缝内,改善切割品质,和通过帮助去掉碎片而延长刀片寿命。每条迹道(street)的宽度(切口)与刀片的厚度成比例。
硅片是制作晶体管和集成电路的原料。一般是单晶硅的切片。硅片,是制作集成电路的重要材料,通过对硅片进行光刻、离子注入等手段,可以制成各种半导体器件。用硅片制成的芯片有着惊人的运算能力。科学技术的发展不断推动着半导体的发展。自动化和计算机等技术发展,使硅片(集成电路)这种高技术产品的造价已降到十分低廉的程度。
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。