晶圓的制作工藝流程有哪些步驟

晶圓是制造半導(dǎo)體芯片的基本材料，半導(dǎo)體集成電路最主要的原料是硅，因此對應(yīng)的就是硅晶圓。硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造可以歸納為三個基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。

硅提純，將沙石原料放入一個溫度約為2000 ℃，并且有碳源存在的電弧熔爐中，在高溫下，碳和沙石中的二氧化硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)(碳與氧結(jié)合，剩下硅)，得到純度約為98%的純硅，又稱作冶金級硅，這對微電子器件來說不夠純，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電學(xué)特性對雜質(zhì)的濃度非常敏感，因此對冶金級硅進(jìn)行進(jìn)一步提純：將粉碎的冶金級硅與氣態(tài)的氯化氫進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，然后通過蒸餾和化學(xué)還原工藝，得到了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%，成為電子級硅。

單晶硅生長，最常用的方法叫直拉法，高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約1400 ℃，爐中的氣體通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時又不會產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)。為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向：坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉(zhuǎn)，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長上去。因此所生長的晶體的方向性是由籽晶所決定的，在其被拉出和冷卻后就生長成了與籽晶內(nèi)部晶格方向相同的單晶硅棒。用直拉法生長后，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行切割，然后進(jìn)行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡，晶圓片制造就完成了。

晶圓制造廠把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶，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晶面取向確定的籽晶在熔融態(tài)的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經(jīng)過切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為集成電路工廠的基本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。

晶圓生產(chǎn)包括晶棒制造和晶片制造兩大步驟，它又可細(xì)分為以下幾道主要工序，其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部屬晶片制造，所以有時又統(tǒng)稱它們?yōu)榫е衅筇幚砉ば颍?/p>

晶棒成長——晶棒裁切與檢測——外徑研磨 ——切片 ——圓邊 ——表層研磨 ——蝕刻 —— 去疵 ——拋光 ——清洗 --> 檢驗(yàn)——包裝

晶圓減薄切割的傳統(tǒng)工藝流程為：正面貼膜、背面研磨、背面貼膜、正面揭膜和晶圓切割五個工藝步驟。

其中晶圓切割工藝中使用的切割工具為刀片，但是當(dāng)處理更薄的原片時(60μm厚度以下)，因?yàn)榫A減薄之后，其強(qiáng)度也減弱，容易產(chǎn)生正面崩缺的缺陷。

另外，中國發(fā)明專利公開了一種50μm超薄芯片生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)方法對晶圓進(jìn)行減薄處理后，采用的是階梯模式對晶圓進(jìn)行切割，即第一劃片刀在晶圓上形成第一刀痕，然后采用第二劃片刀在第一刀痕的底部向下切割道晶圓底部而完成晶圓切割。但采用機(jī)械刀片直接作用在晶圓表面，會對晶體內(nèi)部造成應(yīng)力損傷，容易產(chǎn)生晶圓崩邊和晶體損傷。為了完成更薄芯片的生產(chǎn)，制備更高密度，更高性能的集成電路芯片，并且進(jìn)一步提高芯片的良率，仍然需要對晶圓的減薄技術(shù)做進(jìn)一步研究

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，晶圓需求大增。硅片尺寸越大則每片硅片上可以制造的芯片數(shù)量就越多，從而制造成本就越低。因此，硅片尺寸的擴(kuò)大和芯片制程的減小是集成電路行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的兩條主線。目前，市場主流硅片出貨已經(jīng)集中在8英寸、12英寸等大尺寸硅片上。

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審核編輯：鄢孟繁