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理研計器|半導(dǎo)體工藝全流程之晶圓工藝
發(fā)布時間：2023-06-14
每個半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造都需要數(shù)百個工藝，將整個制造過程分為八個步驟：晶圓加工-氧化-光刻-刻蝕-薄膜沉積-外延生長-擴(kuò)散-離子注入。
為幫助大家了解和認(rèn)識半導(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步驟。今天小理就來為大家深入淺出地講解半導(dǎo)體工藝的第一個故事——“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，因為它無毒所以對環(huán)保方面也非常優(yōu)越。
你聽說過半導(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芯片里的電子元件，它是用來處理和存儲各種功能的。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。
晶片工藝全過程
雖然大家也看過很多關(guān)于半導(dǎo)體制造工藝類的文章，但是對于非科班出身的技術(shù)小白來講，純文字的術(shù)語概念理解起來還是十分模糊，下面就用圖文簡單科普一下晶片工藝的過程！ 圖片第一步：對晶硅堆疊
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
硅錠生長是一個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，成長為高品質(zhì)的單晶。
單晶生長：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被熔化），然后將籽晶以一定速度向上提升進(jìn)行引晶過程。隨后通過縮頸操作，將引晶過程中產(chǎn)生的位錯消除掉。當(dāng)縮頸至足夠長度后，通過調(diào)整拉速和溫度使單晶硅直徑變大至目標(biāo)值，然后保持等徑生長至目標(biāo)長度。最后為了防止位錯反延，對單晶錠進(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
由于在拉單晶的過程中，對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)快速加熱晶片的過程，使得晶片內(nèi)部得點缺陷均勻，抑制金屬雜質(zhì)，防止半導(dǎo)體異常運轉(zhuǎn)。
第十步：拋光
拋光是通過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)臏囟龋瑝毫εc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&電阻率測試儀對拋光洗凈后的硅片進(jìn)行檢測，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：粒子計數(shù)
PARTICLE COUNTING是精密檢查晶片表面的工序，通過激光散射方式測定表面缺陷和數(shù)量。
第十四步：EPI增長
EPI GROWING是在經(jīng)過研磨的硅晶片上用氣相化學(xué)沉積法生長高品質(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等用于鋁和金屬復(fù)合層的刻蝕；
9. 三價摻雜氣體B2H6、BBr3、BF3等用于P型半導(dǎo)體的摻雜；
10. 五價摻雜氣體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，而且也會對身體產(chǎn)生極大的傷害。
半導(dǎo)體行業(yè)危險氣體檢測方案
半導(dǎo)體行業(yè)在生產(chǎn)、制造、工藝等方面會涉及產(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)該在使用前對各種危險氣體的安全數(shù)據(jù)加以了解，并且應(yīng)該知道如何應(yīng)對這些氣體外泄時的緊急處理程序。
在半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)、制造及儲存等過程中，為了避免這些危險氣體的泄露導(dǎo)致的生命財產(chǎn)損失，需要安裝氣體檢測儀器，來對目標(biāo)氣體進(jìn)行檢測。
氣體檢測儀在現(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)測工具。
理研計器一直關(guān)注半導(dǎo)體制造行業(yè)的安全發(fā)展，以為人們營造安全的工作環(huán)境為使命，潛心開發(fā)適用于半導(dǎo)體行業(yè)的氣體傳感器，針對用戶遇到的各種問題，提供合理的解決方案，不斷升級產(chǎn)品功能，優(yōu)化系統(tǒng)。
6月29日-7月01日，上海新國際博覽中心舉辦的“SEMICON China 2023上海國際半導(dǎo)體展覽會”，理研計器將在E7423展位為大家?guī)硇庐a(chǎn)品新方案，屆時將更好地為半導(dǎo)體工廠氣體安全作出貢獻(xiàn)。
上海新國際博覽中心E7423展位號，
非常歡迎大家來到展位現(xiàn)場參觀和洽談，
我們會有專業(yè)團(tuán)隊與您面對面溝通解答！
敬請期待！
結(jié)語
半導(dǎo)體制造業(yè)被美國Factory Mutual System(FMS)列為”極高風(fēng)險”的行業(yè)。主要是因為它在制程中要使用到極高毒性，腐蝕性及易燃性氣體，氣體檢測系統(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)計上的優(yōu)劣會直接影響到整個廠的安全，同時作為使用儀器的工廠安全人員也應(yīng)該具備氣體檢測的安全意識。
安全生產(chǎn)是關(guān)系人民群眾生命財產(chǎn)安全的大事，是經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的標(biāo)志。在生產(chǎn)過程中，通過安裝氣體檢測報警裝置，時刻檢測有毒有害氣體泄漏濃度，將風(fēng)險隱患控制在源頭。
理研計器擁有600多種氣體傳感器和100多種氣體探測器。未來，我們?nèi)詫⒉粩嚅_發(fā)新產(chǎn)品、研發(fā)各項新功能，使得氣體檢測儀在應(yīng)用上更先進(jìn)、更適合日新月異的市場環(huán)境，致力于為用戶提供一個可靠、準(zhǔn)確、安全的氣體檢測方案。
理研計器必將在未來氣體產(chǎn)業(yè)的生命安全畫卷中，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)造新價值！為用戶選配適合原理的檢測儀，用成熟的工藝完善氣體檢測系統(tǒng)。