理研計器|半導體工藝全流程之晶圓工藝
發布時間：2023-06-14
每個半導體產品的制造都需要數百個工藝，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-擴散-離子注入。
為幫助大家了解和認識半導體及相關工藝，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
隨著科技的不斷發展，智能化、信息化已經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業的基礎，其在電子信息產業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重要的作用。
制造晶片需要硅，是芯片制造的基礎原料之一，硅不僅在地球上非常豐富，因為它無毒所以對環保方面也非常優越。
你聽說過半導體集成電路（Semiconductor Intergrated Circuit）嗎？半導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。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于半導體制造工藝類的文章，但是對于非科班出身的技術小白來講，純文字的術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的石英坩堝中，將溫度升高至1000多度，得到熔融狀態的多晶硅。
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，精密控制熱環境，成長為高品質的單晶。
單晶生長：待多晶硅溶液溫度穩定之后，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行引晶過程。隨后通過縮頸操作，將引晶過程中產生的位錯消除掉。當縮頸至足夠長度后，通過調整拉速和溫度使單晶硅直徑變大至目標值，然后保持等徑生長至目標長度。最后為了防止位錯反延，對單晶錠進行收尾操作，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，所以為了得到標準直徑的硅棒，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
采用先進的線切割工藝，將單晶晶棒通過切片設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，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是一種在幾秒鐘內快速加熱晶片的過程，使得晶片內部得點缺陷均勻，抑制金屬雜質，防止半導體異常運轉。
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，搭配適當的溫度，壓力與旋轉速度，可消除前制程所留下的機械傷害層，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過拋光后表面殘留的有機物、顆粒、金屬等，以確保硅片表面的潔凈度，使之達到后道工序的品質要求。
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
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量。
第十四步：EPI增長
EPI GROWING是在經過研磨的硅晶片上用氣相化學沉積法生長高品質硅單晶膜的工序。
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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境，避免氣體雜質留存；
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，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氣體用于改進氣體、提高各向異性和選擇性；
8.CCl4、Cl2、BCl3等用于鋁和金屬復合層的刻蝕；
9. 三價摻雜氣體B2H6、BBr3、BF3等用于P型半導體的摻雜；
10. 五價摻雜氣體PH3、POC13、AsH3、SbC15等用于N型半導體的摻雜；
這些氣體一旦發生泄漏，不僅影響正常的生產活動，而且也會對身體產生極大的傷害。
半導體行業危險氣體檢測方案
半導體行業在生產、制造、工藝等方面會涉及產生易燃易爆、有毒有害性的氣體。作為半導體制造工廠氣體的使用者，每一位工作人員都應該在使用前對各種危險氣體的安全數據加以了解，并且應該知道如何應對這些氣體外泄時的緊急處理程序。
在半導體行業生產、制造及儲存等過程中，為了避免這些危險氣體的泄露導致的生命財產損失，需要安裝氣體檢測儀器，來對目標氣體進行檢測。
氣體檢測儀在現今半導體工業已成為必備的環境監控儀器，也是最為直接的監測工具。
理研計器一直關注半導體制造行業的安全發展，以為人們營造安全的工作環境為使命，潛心開發適用于半導體行業的氣體傳感器，針對用戶遇到的各種問題，提供合理的解決方案，不斷升級產品功能，優化系統。
6月29日-7月01日，上海新國際博覽中心舉辦的“SEMICON China 2023上海國際半導體展覽會”，理研計器將在E7423展位為大家帶來新產品新方案，屆時將更好地為半導體工廠氣體安全作出貢獻。
上海新國際博覽中心E7423展位號，
非常歡迎大家來到展位現場參觀和洽談，
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敬請期待！
結語
半導體制造業被美國Factory Mutual System(FMS)列為”極高風險”的行業。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，氣體檢測系統一直是半導體芯片廠廠務各系統中最重要環節之一，設計上的優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該具備氣體檢測的安全意識。
安全生產是關系人民群眾生命財產安全的大事，是經濟社會協調發展的標志。在生產過程中，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，我們仍將不斷開發新產品、研發各項新功能，使得氣體檢測儀在應用上更先進、更適合日新月異的市場環境，致力于為用戶提供一個可靠、準確、安全的氣體檢測方案。
理研計器必將在未來氣體產業的生命安全畫卷中，添上濃墨重彩的一筆，守護人們的幸福生活，為生產和生活不斷創造新價值！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。