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理研計(jì)器|半導(dǎo)體工藝全流程之晶圓工藝
發(fā)布時(shí)間：2023-06-14
每個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造都需要數(shù)百個(gè)工藝，將整個(gè)制造過(guò)程分為八個(gè)步驟：晶圓加工-氧化-光刻-刻蝕-薄膜沉積-外延生長(zhǎng)-擴(kuò)散-離子注入。
為幫助大家了解和認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體及相關(guān)工藝，我們將每期推送微信文章，為大家逐一介紹上述每個(gè)步驟。今天小理就來(lái)為大家深入淺出地講解半導(dǎo)體工藝的第一個(gè)故事——“晶片工藝”。
制造晶片所需的材料：硅Silicon
隨著科技的不斷發(fā)展，智能化、信息化已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分。而芯片作為電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，其在電子信息產(chǎn)業(yè)中的重要性不言而喻。而芯片的制造過(guò)程中，硅原材料則起到了至關(guān)重要的作用。
制造晶片需要硅，是芯片制造的基礎(chǔ)原料之一，硅不僅在地球上非常豐富，因?yàn)樗鼰o(wú)毒所以對(duì)環(huán)保方面也非常優(yōu)越。
你聽(tīng)說(shuō)過(guò)半導(dǎo)體集成電路（Semiconductor Intergrated Circuit）嗎？半導(dǎo)體集成電路是指把很多元件集成在一個(gè)芯片里的電子元件，它是用來(lái)處理和存儲(chǔ)各種功能的。而“晶圓Wafer”是指制造集成電路的基礎(chǔ)。晶片大部分是從沙子中提取的硅，就是硅（Si）生長(zhǎng)而成的單晶柱，然后以適當(dāng)厚度將其切成圓薄片。
晶片工藝全過(guò)程
雖然大家也看過(guò)很多關(guān)于半導(dǎo)體制造工藝類的文章，但是對(duì)于非科班出身的技術(shù)小白來(lái)講，純文字的術(shù)語(yǔ)概念理解起來(lái)還是十分模糊，下面就用圖文簡(jiǎn)單科普一下晶片工藝的過(guò)程！ 圖片第一步：對(duì)晶硅堆疊
首先將多晶硅和摻雜劑放入單晶爐內(nèi)的石英坩堝中，將溫度升高至1000多度，得到熔融狀態(tài)的多晶硅。
第二步：錠生長(zhǎng)
硅錠生長(zhǎng)是一個(gè)將多晶硅制成單晶硅的工序，將多晶硅加熱成液體后，精密控制熱環(huán)境，成長(zhǎng)為高品質(zhì)的單晶。
單晶生長(zhǎng)：待多晶硅溶液溫度穩(wěn)定之后，將籽晶緩慢下降放入硅熔體中（籽晶在硅融體中也會(huì)被熔化），然后將籽晶以一定速度向上提升進(jìn)行引晶過(guò)程。隨后通過(guò)縮頸操作，將引晶過(guò)程中產(chǎn)生的位錯(cuò)消除掉。當(dāng)縮頸至足夠長(zhǎng)度后，通過(guò)調(diào)整拉速和溫度使單晶硅直徑變大至目標(biāo)值，然后保持等徑生長(zhǎng)至目標(biāo)長(zhǎng)度。最后為了防止位錯(cuò)反延，對(duì)單晶錠進(jìn)行收尾操作，得到單晶錠成品，待溫度冷卻后取出。
第三步：磨錠及切割
由于在拉單晶的過(guò)程中，對(duì)于單晶硅棒的直徑控制較難，所以為了得到標(biāo)準(zhǔn)直徑的硅棒，比如6寸，8寸，12寸等等。在拉單晶后會(huì)將硅錠直徑滾磨，滾磨后的硅棒表面光滑，并且在尺寸誤差上更小。
第四步：線鋸
采用先進(jìn)的線切割工藝，將單晶晶棒通過(guò)切片設(shè)備切成合適厚度的硅片。
第五步：磨邊
由于硅片的厚度較小，所以切割后的硅片邊緣非常鋒利, 磨邊的目的就是形成光滑的邊緣，并且在以后的芯片制造中不容易碎片。
第六步：研磨
LAPPING是在沉重的選定盤和下晶盤之間加入晶片后，與研磨劑一起施加壓力旋轉(zhuǎn)，使晶片變得平坦。
第七步：蝕刻
蝕刻是去除晶片表面加工損傷的工序，通過(guò)化學(xué)溶液溶解因物理加工而受損的表層。
第八步：雙面研磨
雙面研磨是一種使晶片更平坦的工藝，去除表面的小突起。
第九步：快速熱處理
RTP是一種在幾秒鐘內(nèi)快速加熱晶片的過(guò)程，使得晶片內(nèi)部得點(diǎn)缺陷均勻，抑制金屬雜質(zhì)，防止半導(dǎo)體異常運(yùn)轉(zhuǎn)。
第十步：拋光
拋光是通過(guò)表面精密加工最終確保表面工整度的工藝，使用拋光漿與拋光布，搭配適當(dāng)?shù)臏囟?，壓力與旋轉(zhuǎn)速度，可消除前制程所留下的機(jī)械傷害層，并且得到表面平坦度極佳的硅片。
第十一步：清潔
洗凈的目的在于去除硅片經(jīng)過(guò)拋光后表面殘留的有機(jī)物、顆粒、金屬等，以確保硅片表面的潔凈度，使之達(dá)到后道工序的品質(zhì)要求。
第十二步：檢查
平坦度&電阻率測(cè)試儀對(duì)拋光洗凈后的硅片進(jìn)行檢測(cè)，確保拋光后硅片厚度、平坦度、局部平坦度、彎曲度、翹曲度、電阻率等符合客戶需求。
第十三步：粒子計(jì)數(shù)
PARTICLE COUNTING是精密檢查晶片表面的工序，通過(guò)激光散射方式測(cè)定表面缺陷和數(shù)量。
第十四步：EPI增長(zhǎng)
EPI GROWING是在經(jīng)過(guò)研磨的硅晶片上用氣相化學(xué)沉積法生長(zhǎng)高品質(zhì)硅單晶膜的工序。
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工藝流程中涉及的氣體包含不限于：
1. HCl用于氧化；
2. H2用于還原；
3. 氬氣用于維持惰性隔絕環(huán)境，避免氣體雜質(zhì)留存；
4. Cl2、HCl、三氯乙烷TCA或二氯乙烯DCE用于控制離子侵入氧化層，去除不必要的金屬雜質(zhì)，清洗用途；
5. SiH4、SiHCl2、SiHCl4、SiCl4、TEOS、NH3、N2O、WF6、H2、O2、NF3等等用于形成CVD膜；
6. CF4、SF4、C2F6、NF3用于硅片蝕刻；
7. 氟基Cl2和溴基Br2、HBr氣體用于改進(jìn)氣體、提高各向異性和選擇性；
8.CCl4、Cl2、BCl3等用于鋁和金屬?gòu)?fù)合層的刻蝕；
9. 三價(jià)摻雜氣體B2H6、BBr3、BF3等用于P型半導(dǎo)體的摻雜；
10. 五價(jià)摻雜氣體PH3、POC13、AsH3、SbC15等用于N型半導(dǎo)體的摻雜；
這些氣體一旦發(fā)生泄漏，不僅影響正常的生產(chǎn)活動(dòng)，而且也會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生極大的傷害。
半導(dǎo)體行業(yè)危險(xiǎn)氣體檢測(cè)方案
半導(dǎo)體行業(yè)在生產(chǎn)、制造、工藝等方面會(huì)涉及產(chǎn)生易燃易爆、有毒有害性的氣體。作為半導(dǎo)體制造工廠氣體的使用者，每一位工作人員都應(yīng)該在使用前對(duì)各種危險(xiǎn)氣體的安全數(shù)據(jù)加以了解，并且應(yīng)該知道如何應(yīng)對(duì)這些氣體外泄時(shí)的緊急處理程序。
在半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)、制造及儲(chǔ)存等過(guò)程中，為了避免這些危險(xiǎn)氣體的泄露導(dǎo)致的生命財(cái)產(chǎn)損失，需要安裝氣體檢測(cè)儀器，來(lái)對(duì)目標(biāo)氣體進(jìn)行檢測(cè)。
氣體檢測(cè)儀在現(xiàn)今半導(dǎo)體工業(yè)已成為必備的環(huán)境監(jiān)控儀器，也是最為直接的監(jiān)測(cè)工具。
理研計(jì)器一直關(guān)注半導(dǎo)體制造行業(yè)的安全發(fā)展，以為人們營(yíng)造安全的工作環(huán)境為使命，潛心開(kāi)發(fā)適用于半導(dǎo)體行業(yè)的氣體傳感器，針對(duì)用戶遇到的各種問(wèn)題，提供合理的解決方案，不斷升級(jí)產(chǎn)品功能，優(yōu)化系統(tǒng)。
6月29日-7月01日，上海新國(guó)際博覽中心舉辦的“SEMICON China 2023上海國(guó)際半導(dǎo)體展覽會(huì)”，理研計(jì)器將在E7423展位為大家?guī)?lái)新產(chǎn)品新方案，屆時(shí)將更好地為半導(dǎo)體工廠氣體安全作出貢獻(xiàn)。
上海新國(guó)際博覽中心E7423展位號(hào)，
非常歡迎大家來(lái)到展位現(xiàn)場(chǎng)參觀和洽談，
我們會(huì)有專業(yè)團(tuán)隊(duì)與您面對(duì)面溝通解答！
敬請(qǐng)期待！
結(jié)語(yǔ)
半導(dǎo)體制造業(yè)被美國(guó)Factory Mutual System(FMS)列為”極高風(fēng)險(xiǎn)”的行業(yè)。主要是因?yàn)樗谥瞥讨幸褂玫綐O高毒性，腐蝕性及易燃性氣體，氣體檢測(cè)系統(tǒng)一直是半導(dǎo)體芯片廠廠務(wù)各系統(tǒng)中最重要環(huán)節(jié)之一，設(shè)計(jì)上的優(yōu)劣會(huì)直接影響到整個(gè)廠的安全，同時(shí)作為使用儀器的工廠安全人員也應(yīng)該具備氣體檢測(cè)的安全意識(shí)。
安全生產(chǎn)是關(guān)系人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的大事，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的標(biāo)志。在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)安裝氣體檢測(cè)報(bào)警裝置，時(shí)刻檢測(cè)有毒有害氣體泄漏濃度，將風(fēng)險(xiǎn)隱患控制在源頭。
理研計(jì)器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測(cè)器。未來(lái)，我們?nèi)詫⒉粩嚅_(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、研發(fā)各項(xiàng)新功能，使得氣體檢測(cè)儀在應(yīng)用上更先進(jìn)、更適合日新月異的市場(chǎng)環(huán)境，致力于為用戶提供一個(gè)可靠、準(zhǔn)確、安全的氣體檢測(cè)方案。
理研計(jì)器必將在未來(lái)氣體產(chǎn)業(yè)的生命安全畫(huà)卷中，添上濃墨重彩的一筆，守護(hù)人們的幸福生活，為生產(chǎn)和生活不斷創(chuàng)造新價(jià)值！為用戶選配適合原理的檢測(cè)儀，用成熟的工藝完善氣體檢測(cè)系統(tǒng)。