划片机:晶圆加工第一篇—所有半导体工艺都始于一粒沙子!


所有半导体工艺都始于一粒沙子!因为沙子所含的硅是生产晶圆所需要的原材料。晶圆是将硅(Si)或砷化镓(GaAs)制成的单晶柱体切割形成的圆薄片。要提取高纯度的硅材料需要用到硅砂,一种二氧化硅含量高达95%的特殊材料,也是制作晶圆的主要原材料。晶圆加工就是制作获取上述晶圆的过程。

首先需将沙子加热,分离其中的一氧化碳和硅,并不断重复该过程直至获得超高纯度的电子级硅(EG-Si)。高纯硅熔化成液体,进而再凝固成单晶固体形式,称为“锭”,这就是半导体制造的第一步。硅锭(硅柱)的制作精度要求很高,达到纳米级,其广泛应用的制造方法是提拉法。

前一个步骤完成后,需要用金刚石锯切掉铸锭的两端,再将其切割成一定厚度的薄片。锭薄片直径决定了晶圆的尺寸,更大更薄的晶圆能被分割成更多的可用单元,有助于降低生产成本。切割硅锭后需在薄片上加入“平坦区”或“凹痕”标记,方便在后续步骤中以其为标准设置加工方向。

通过上述切割过程获得的薄片被称为“裸片”,即未经加工的“原料晶圆”。裸片的表面凹凸不平,无法直接在上面印制电路图形。因此,需要先通过研磨和化学刻蚀工艺去除表面瑕疵,然后通过抛光形成光洁的表面,再通过清洗去除残留污染物,即可获得表面整洁的成品晶圆。

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