芯片硅圓及硅圓芯片計(jì)算

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1、晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱(chēng)為晶圓；在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并經(jīng)蒸餾后，制成了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%?！　【A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(duì)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(gè)基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長(zhǎng)、晶圓成型。　　　首先是硅提純，將沙石原料放入一個(gè)溫度約為2000

2、℃，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(chēng)作冶金級(jí)硅，這對(duì)微電子器件來(lái)說(shuō)不夠純，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電學(xué)特性對(duì)雜質(zhì)的濃度非常敏感，因此對(duì)冶金級(jí)硅進(jìn)行進(jìn)一步提純：將粉碎的冶金級(jí)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(guò)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(jí)硅。接下來(lái)是單晶硅生長(zhǎng)，最常用的方法叫直拉法。如下圖所示，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℃，爐中的空氣通常是惰性氣體，使多晶

3、硅熔化，同時(shí)又不會(huì)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(shí)慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會(huì)粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長(zhǎng)上去。因此所生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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。　　單晶硅棒的直徑是由籽晶拉出的速度和旋轉(zhuǎn)速度決定的，一般來(lái)說(shuō)，上拉速率

4、越慢，生長(zhǎng)的單晶硅棒直徑越大。而切出的晶圓片的厚度與直徑有關(guān)，雖然半導(dǎo)體器件的制備只在晶圓的頂部幾微米的范圍內(nèi)完成，但是晶圓的厚度一般要達(dá)到1mm，才能保證足夠的機(jī)械應(yīng)力支撐，因此晶圓的厚度會(huì)隨直徑的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)?！　【A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(guò)程稱(chēng)為“長(zhǎng)晶”。硅晶棒再經(jīng)過(guò)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”?；驹瞎枋怯墒⑸八毘鰜?lái)的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%）

5、，接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，經(jīng)過(guò)照相制版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圓。制造工藝表面清洗晶圓表面附著大約2um的Al2O3和甘油混合液保護(hù)層,在制作前必須進(jìn)行化學(xué)刻蝕和表面清洗初次氧化由熱氧化法生成SiO2緩沖層，用來(lái)減小后續(xù)中Si3N4對(duì)晶圓的應(yīng)力氧化技術(shù)：干法氧化Si(固)+O2àSiO2(固)和濕法氧化Si(固)+2H2OàSiO2(固)+2H2。干法氧化通常用來(lái)形成，柵極二氧化硅膜，要求薄，界面能級(jí)和固定電荷密度低的薄膜。干法氧化成膜速度慢于濕法。濕法氧化通常用來(lái)形成作為器件隔離

6、用的比較厚的二氧化硅膜。當(dāng)SiO2膜較薄時(shí)，膜厚與時(shí)間成正比。SiO2膜變厚時(shí)，膜厚與時(shí)間的平方根成正比。因而，要形成較厚SiO2膜，需要較長(zhǎng)的氧化時(shí)間。SiO2膜形成的速度取決于經(jīng)擴(kuò)散穿過(guò)SiO2膜到達(dá)硅表面的O2及OH基等氧化劑的數(shù)量的多少。濕法氧化時(shí)，因在于OH基SiO2膜中的擴(kuò)散系數(shù)比O2的大。氧化反應(yīng)，Si表面向深層移動(dòng)，距離為SiO2膜厚的0.44倍。因此，不同厚度的SiO2膜，去除后的Si表面的深度也不同。SiO2膜為透明，通過(guò)光干涉來(lái)估計(jì)膜的厚度。這種干涉色的周期約為200nm，如果預(yù)告知道是幾次干涉，就能正確估計(jì)。對(duì)其他的透明薄膜，如知道其折射率，也可用公式

7、計(jì)算出(dSiO2)/(dox)=(nox)/(nSiO2)。SiO2膜很薄時(shí)，看不到干涉色，但可利用Si的疏水性和SiO2的親水性來(lái)判斷SiO2膜是否存在。也可用干涉膜計(jì)或橢圓儀等測(cè)出。SiO2和Si界面能級(jí)密度和固定電荷密度可由MOS二極管的電容特性求得。(100)面的Si的界面能級(jí)密度最低，約為10E+10--10E+11/cm?2.eV-1數(shù)量級(jí)。(100)面時(shí)，氧化膜中固定電荷較多，固定電荷密度的大小成為左右閾值的主要因素。熱CVD熱CVD(HotCVD)/(thermalCVD)此方法生產(chǎn)性