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晶圓為什么是圓的?而不是方的
2020年11月23日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:362
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為什么晶圓是晶圓不是方?。圓形的wafer里面方形的Die,總是不可避免有些區域浪費了。

晶圓為什么是圓的?

1:圓形的wafer&方形的Die

為什么晶圓是圓形的?

簡單的說硅晶片是這樣來的:精挑細選且提純過后的高純度多晶硅是在一個(seed)上旋轉生長出來后切成的片片。簡化的流程如下所述:

首先是硅提純,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行化學反應(碳與氧結合,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,因為半導體材料的電學特性對雜質的濃度非常敏感,因此對冶金級硅進行進一步提純:將粉碎的冶金級硅與氣態的氯化氫進行氯化反應,生成液態的硅烷,然后通過蒸餾和化學還原工藝,得到了高純度的多晶硅,其純度高達99.999999999%,成為電子級硅,我想這大概是地球上最純的物質之一。

晶圓為什么是圓的?

2:一切要精挑細選的石英砂開始

隨后將純化后的多晶硅被融化后放入一個坩堝(Quartz Crucible)中,再將晶放入坩堝中勻速轉動并且向上提拉,則熔融的硅會沿著子晶向長成一個圓柱體的硅錠(ingot)。這種方法就是現在一直在用的CZ(Czochralski),也叫單晶直拉法。單晶直拉法工藝中的旋轉提拉決定了硅錠的圓柱型,從而決定晶圓是圓形的。

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3:熔融提拉過程
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4:這大家伙就是拉好的單晶硅了

 

晶圓為什么是圓的?

5:隨后硅錠在經過金剛線切割變成硅片

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6:之后就有了你看到的晶圓了

順便提一下晶圓的尺寸

硅晶圓尺寸是在半導體生產過程中硅晶圓使用的直徑值。理論上來說硅晶圓尺寸越大越好,這樣每塊晶圓能生產更多的芯片。比如,同樣使用0.13微米的制程在200mm的晶圓上可以生產大約179個處理器核心,而使用300mm的晶圓可以制造大約427個處理器核心,300mm直徑的晶圓的面積是200mm直徑晶圓的2.25倍,出產的處理器個數卻是后者的2.385倍,并且300mm晶圓實際的成本并不會比200mm晶圓來得高多少。理論上來說,晶片(wafer)越做越大是為了--降低芯片的單位成本!但晶圓越大,對拉晶對速度與溫度的要求高,同時,晶片越大控制缺陷也越困難,因此做出高品質12寸晶圓的技術難度比8寸晶圓更高。

晶圓為什么是圓的?

7:晶圓尺寸發展

但其實晶圓也不是很圓!

大家仔細看圖6,其實晶圓并不是很圓,它是有點小缺口的,那是因為制備流程中有個叫“Flat/Notch Grinning”步驟前面說明時被隱去了。

晶圓為什么是圓的?

8:晶片上的Flat&Notch

它在硅錠做出來后就要進行了。在200mm以下的硅錠上是切割一個平角,叫做Flat(平槽)。在200mm(含)以上硅錠上,為了減少浪費,只裁剪個圓形小口,叫做NotchV。在切片后晶圓就變成了這樣:

晶圓為什么是圓的?

912寸硅片NotchV

晶圓為什么是圓的?

106寸硅片Flat(平槽)

這個步驟存在的意義:這樣做可以幫助后續工序確定Wafer的擺放位置,為了定位,也標明了單晶生長的晶向。對后續的切割,及測試都比較方便。而且切割位置在邊緣,大多也是本不能用的區域。

參考來源:

1、為什么晶圓都是圓的不是方的?老狼

2、什么是硅晶圓?哪些廠商生產硅晶圓?李倩

編輯:Alpha


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