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專業(yè)知識

硅片半導體制造工藝詳細圖文版科普


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


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。

相關概念: 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。   制備單晶硅的方法:有直拉法(CZ法)、區(qū)熔法(FZ法)。直拉法簡稱CZ法,CZ法的特點是在一個直筒型的熱系統(tǒng)匯總,用石墨電阻加熱,將裝在高純度石英坩堝中的多晶硅熔化,然后將籽晶插入熔體表面進行熔接,同時轉(zhuǎn)動籽晶,再反轉(zhuǎn)坩堝,籽晶緩慢向上提升,經(jīng)過引晶、放大、轉(zhuǎn)肩、等徑生長、收尾等過程,得到單晶硅。   區(qū)熔法是利用多晶錠分區(qū)熔化和結(jié)晶半導體晶體生長的一種方法,利用熱能在半導體棒料的一端產(chǎn)生一熔區(qū),再熔接單晶籽晶。調(diào)節(jié)溫度使熔區(qū)緩慢地向棒的另一端移動,通過整根棒料,生長成一根單晶,晶向與籽晶的相同。區(qū)熔法又分為兩種:水平區(qū)熔法和立式懸浮區(qū)熔法。前者主要用于鍺、GaAs等材料的提純和單晶生長。后者是在氣氛或真空的爐室中,利用高頻線圈在單晶籽晶和其上方懸掛的多晶硅棒的接觸處產(chǎn)生熔區(qū),然后使熔區(qū)向上移動進行單晶生長。   約85%的硅片由直拉法生產(chǎn),15%的硅片由區(qū)熔法生產(chǎn)。按應用分,直拉法生長出的單晶硅,主要用于生產(chǎn)集成電路元件,而區(qū)熔法生長出的單晶硅主要用于功率半導體。直拉法工藝成熟,更容易生長出大直徑單晶硅;區(qū)熔法熔體不與容器接觸,不易污染,純度較高,適用于大功率電子器件生產(chǎn),但較難生長出大直徑單晶硅,一般僅用于8寸或以下直徑。視頻中為直拉法 。



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。  



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。



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。



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。  



 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。



 雙面研磨是一種使晶片更平坦的工藝,去除表面的小突起。



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),防止半導體異常運轉(zhuǎn)。



 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?shù)臏囟,壓力與旋轉(zhuǎn)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。



 洗凈的目的在于去除硅片經(jīng)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(zhì)要求。



 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。  



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。



EPI GROWING是在經(jīng)過研磨的硅晶片上用氣相化學沉積法生長高品質(zhì)硅單晶膜的工序。

相關概念: 外延生長:是指在單晶襯底(基片)上生長一層有一定要求的、與襯底晶向相同的單晶層,猶如原來的晶體向外延伸了一段。外延生長技術(shù)發(fā)展于50年代末60年代初。當時,為了制造高頻大功率器件,需要減小集電極串聯(lián)電阻,又要求材料能耐高壓和大電流,因此需要在低阻值襯底上生長一層薄的高阻外延層。外延生長的新單晶層可在導電類型、電阻率等方面與襯底不同,還可以生長不同厚度和不同要求的多層單晶,從而大大提高器件設計的靈活性和器件的性能。  




包裝是對最終合格的產(chǎn)品進行包裝。  
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