从沙子到晶圆片Wafer_芯苑

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1、话说芯片ICSTORIES从沙子到晶圆片Wafer■芯苑[摘要]集成电路芯片制造的载体是晶圆(Wafer)，掺杂的原子必须跑到它的晶格上与硅Si形成共用电子对的共价键后，多出电子或空穴参与导电。本文介绍从沙子到晶圆片Wafer的制备原理、晶圆片的制造工艺、晶圆片的技术指标。[关键词]集成电路晶圆Wafer[中图分类号]TN40[文献标识码]A[文章编号]1674-2583(2016)01-0040-031集成电路的原料Si晶圆片布是不一样的(想象下立方体各个角度看到的顶点)。集成电路芯片制造的载体是晶圆片(Wa

2、fer)，这如果用蚀刻方法去腐蚀Si，在每个面沿着晶格挖下去个东西是怎么来的？硅Si是单晶晶格的，而掺杂的原的凹坑也会不一样了(这就是为什么会有各种各样晶子必须跑到它的晶格上与Si形成共用电子对的共价键格缺陷的原因)。后多出电子或空穴而参与导电。如果用了多晶或者非相对完整的晶格，在很多情况下晶格都是有缺晶，这些没有规律的结构导致我们无法掌控它的载流陷的，有Si脱离晶格进入间隙，有杂质不在晶格上子迁移率所以无法控制它的电性，所以晶圆wafer一而在间隙里(interstitial)。当然多个缺陷在一起那就定是Si

3、的单晶。是错位了(dislocation)，比如层错、位错、堆垛层错晶体的结构分三种：非晶(Amorphous)、多晶(stackingfaults)等等。这些dislocation都是将来俘获载(Polycrystalline)、单晶(singlecrystalline)。非晶就是流子的中心(Trappingcenter)导致载流子寿命降低而影没有规则、没有重复的结构，单晶是指晶体结构一致响电性或产生漏电。性且长程有序，而多晶顾名思义就是小范围内有顺从沙子到硅Si，虽然硅片是从沙子来的，但是要序，而大范围内无

4、序，所以是短程有序。硅Si晶体的从沙子里提炼出高纯度的硅片材料，需要先提纯成多三种结构如图1。晶硅，然后再用多晶硅为原材料制造单晶硅片，这期为什么用沙子做为原材料来制备晶圆？选择沙间的艰难需要一个个克服。子的主要原因是因为沙子的主要成分是SiO2，而半导体的原材料就是硅(Si)，所以直接从沙子里面提取就2晶圆片的制备可以了。其次是沙子便宜，沙子它取之不尽、用之2.1多晶硅提纯不竭，沙子到处都有。而且Si元素在地球的含量仅次先是沙子(SiO2)与碳在高温下(2000℃)置换反于氧，多得很。当然，后来又发展到GaA

5、s、SiGe、应，生成硅和CO2。此时的硅为冶金级别的(MGS：GaN材料，主要是因为禁带宽度。MetallicGradeSilicon)，也就是粗制的多晶硅。硅Si，在中国台湾地区叫做矽，英文名字然后再用MGS的硅与HCl在300℃下反应生成Silicon。周期表中原子序号为14，原子量为28。在TCS(SiHC13)，然后经过过滤和冷凝可以得到纯度为晶格中Si-Si键的长度是2.352A，固体密度是2.33g/99.99999%的液态SiHC13/TCS，这样就完成了提纯3cm，熔点是1414℃，正四面体结

6、构。说起晶格，(purifier)的动作。自然就有晶向和晶面的概念，半导体晶向有<100>，接下来用提纯的TCS与H2在1100℃下反应，生<110>和<111>三种晶向，晶面自然就有[100]，[110]成电子级别的(EGS：electricgradesilicon)多晶硅和和[111]三种，分别如图2所示。HCl，注意此时虽然有高温但是还是多晶硅。(用H2沿着晶向(正对着晶面)看下去，你看到的原子排通入液态的SiHC13里面，所以H2既作为反应气体，40集成电路应用2016年1月ICSTORIES话说芯片也作

7、为SiHC13的携带气体非晶(Amorphous)多晶(Polycrystalline)单晶(singlecrystalline)Carriergas)。2.2单晶硅制作因为晶体的生长一定需要有一个子晶(seed)，需要沿着子晶的晶向继续生长，所以需要有个坩埚(QuartzCrucible)盛装要熔图1硅Si晶体的三种结构融的多晶硅，待多晶在坩埚中熔化后，再将子晶放入坩埚中匀速转动并且向上提拉，则熔融的硅会沿着子晶晶向长成一个圆柱体的硅锭(ingot)。这种方法就是现在一直在用的CZ法(Czochralski)

8、，也叫单晶直拉法(图3)。当然还有一种方法叫区熔法FZ(FloatingZone)，以前做6英寸硅片见过。没有坩埚了，所以因坩埚引入的杂质比较少，但价格比较昂贵，且无法做大尺寸，仅用于高压器件制作。2.3晶圆片的制作图2硅Si晶格的晶向和晶面如何由硅锭做成每一片硅片？（1）切边/切槽。wafer都有个Notch(6英寸是平边flat)，在ingot做好的时候就要切好的，切成片就没法做了