晶圓,晶圓尺寸的概念

晶圓

在了解晶圓尺寸的概念之前，先來了解一下晶圓的一些基本知識。晶圓是最常用的半導(dǎo)體材料，按其直徑分為4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等規(guī)格，近來發(fā)展出12英寸甚至研發(fā)更大規(guī)格（14英吋、15英吋、16英吋、……20英吋以上等）。晶圓越大，同一圓片上可生產(chǎn)的IC就越多，可降低成本；但對材料技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的要求更高。一般認(rèn)為硅晶圓的直徑越大，代表著這座晶圓廠有更好的技術(shù).在生產(chǎn)晶圓的過程當(dāng)中，良品率是很重要的條件。

晶圓制造過程及工藝

（一）制造過程

二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并經(jīng)蒸餾后，制成了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%。晶圓制造廠再將此多晶硅熔解，再于溶液內(nèi)摻入一小粒的硅晶體晶種，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆小晶粒在融熔態(tài)的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經(jīng)過研磨，拋光，切片后，即成為集成電路工廠的基本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。

簡單的說,單晶硅圓片由普通硅砂拉制提煉，經(jīng)過溶解、提純、蒸餾一系列措施制成單晶硅棒，單晶硅棒經(jīng)過拋光、切片之后，就成為了晶圓。

晶圓經(jīng)多次光罩處理，其中每一次的步驟包括感光劑途布、曝光、顯影、腐蝕、滲透或蒸著等等，制成具有多層線路與元件的IC晶圓，再交由后段的測試、切割、封裝廠，以制成實(shí)體的集成電路成品。

（二）制造工藝

晶圓制造工藝

表面清洗

晶圓表面附著一層大約2um的Al2O3和甘油混合液保護(hù)之,在制作前必須進(jìn)行化學(xué)刻蝕和表面清洗。

晶圓,晶圓尺寸的概念

初次氧化

有熱氧化法生成SiO2 緩沖層，用來減小后續(xù)中Si3N4對晶圓的應(yīng)力氧化技術(shù)：干法氧化Si(固)+O2 à SiO2(固)和濕法氧化Si(固)+2H2O à SiO2(固)+2H2。干法氧化通常用來形成，柵極二氧化硅膜，要求薄，界面能級和固定電荷密度低的薄膜。

熱CVD(HotCVD)/(thermalCVD)

此方法生產(chǎn)性高，梯狀敷層性佳(不管多凹凸不平，深孔中的表面亦產(chǎn)生反應(yīng)，及氣體可到達(dá)表面而附著薄膜)等，故用途極廣。膜生成原理，例如由揮發(fā)性金屬鹵化物(MX)及金屬有機(jī)化合物(MR)等在高溫中氣相化學(xué)反應(yīng)(熱分解，氫還原、氧化、替換反應(yīng)等)在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔點(diǎn)金屬、金屬、半導(dǎo)體等薄膜方法。

熱處理

在涂敷光刻膠之前，將洗凈的基片表面涂上附著性增強(qiáng)劑或?qū)⒒旁诙栊詺怏w中進(jìn)行熱處理。這樣處理是為了增加光刻膠與基片間的粘附能力，防止顯影時(shí)光刻膠圖形的脫落以及防止?jié)穹ǜg時(shí)產(chǎn)生側(cè)面腐蝕(sideetching)。光刻膠的涂敷是用轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間可自由設(shè)定的甩膠機(jī)來進(jìn)行的。

去除氮化硅

此處用干法氧化法將氮化硅去除

離子注入

離子布植將硼離子(B+3) 透過SiO2 膜注入襯底，形成P型阱離子注入法是利用電場加速雜質(zhì)離子，將其注入硅襯底中的方法。離子注入法的特點(diǎn)是可以精密地控制擴(kuò)散法難以得到的低濃度雜質(zhì)分布。

退火處理

去除光刻膠放高溫爐中進(jìn)行退火處理以消除晶圓中晶格缺陷和內(nèi)應(yīng)力，以恢復(fù)晶格的完整性。使植入的摻雜原子擴(kuò)散到替代位置，產(chǎn)生電特性。

去除氮化硅層

用熱磷酸去除氮化硅層，摻雜磷(P+5) 離子，形成N 型阱，并使原先的SiO2 膜厚度增加，達(dá)到阻止下一步中n 型雜質(zhì)注入P 型阱中。

去除SIO2層

退火處理，然后用HF 去除SiO2 層。

干法氧化法

干法氧化法生成一層SiO2 層，然后LPCVD 沉積一層氮化硅。此時(shí)P 阱的表面因SiO2 層的生長與刻蝕已低于N 阱的表面水平面。這里的SiO2 層和氮化硅的作用與前面一樣。接下來的步驟是為了隔離區(qū)和柵極與晶面之間的隔離層。

光刻技術(shù)和離子刻蝕技術(shù)

利用光刻技術(shù)和離子刻蝕技術(shù)，保留下柵隔離層上面的氮化硅層。

濕法氧化

生長未有氮化硅保護(hù)的SiO2 層，形成PN 之間的隔離區(qū)。

生成SIO2薄膜

熱磷酸去除氮化硅，然后用HF 溶液去除柵隔離層位置的SiO2 ，并重新生成品質(zhì)更好的SiO2 薄膜, 作為柵極氧化層。

氧化

LPCVD 沉積多晶硅層，然后涂敷光阻進(jìn)行光刻，以及等離子蝕刻技術(shù)，柵極結(jié)構(gòu)，并氧化生成SiO2 保護(hù)層。

形成源漏極

表面涂敷光阻，去除P 阱區(qū)的光阻，注入砷(As) 離子，形成NMOS 的源漏極。用同樣的方法，在N 阱區(qū)，注入B 離子形成PMOS 的源漏極。

沉積

利用PECVD 沉積一層無摻雜氧化層，保護(hù)元件，并進(jìn)行退火處理。

沉積摻雜硼磷的氧化層

含有硼磷雜質(zhì)的SiO2 層，有較低的熔點(diǎn)，硼磷氧化層(BPSG) 加熱到800 oC 時(shí)會軟化并有流動特性，可使晶圓表面初級平坦化。

晶圓,晶圓尺寸的概念

深處理

濺鍍第一層金屬利用光刻技術(shù)留出金屬接觸洞，濺鍍鈦+ 氮化鈦+ 鋁+ 氮化鈦等多層金屬膜。離子刻蝕出布線結(jié)構(gòu)，并用PECVD 在上面沉積一層SiO2 介電質(zhì)。并用SOG (spin on glass) 使表面平坦，加熱去除SOG 中的溶劑。然后再沉積一層介電質(zhì)，為沉積第二層金屬作準(zhǔn)備。