晶圆的制作工艺流程有哪些步骤

晶圆是制造半导体芯片的基本材料，半导体集成电路最主要的原料是硅，因此对应的就是硅晶圆。硅在自然界中以硅酸盐或二氧化硅的形式广泛存在于岩石、砂砾中，硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤：硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型。

硅提纯，将沙石原料放入一个温度约为2000 ℃，并且有碳源存在的电弧熔炉中，在高温下，碳和沙石中的二氧化硅进行化学反应(碳与氧结合，剩下硅)，得到纯度约为98%的纯硅，又称作冶金级硅，这对微电子器件来说不够纯，因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感，因此对冶金级硅进行进一步提纯：将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢进行氯化反应，生成液态的硅烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅，其纯度高达99.999999999%，成为电子级硅。

单晶硅生长，最常用的方法叫直拉法，高纯度的多晶硅放在石英坩埚中，并用外面围绕着的石墨加热器不断加热，温度维持在大约1400 ℃，炉中的气体通常是惰性气体，使多晶硅熔化，同时又不会产生不需要的化学反应。为了形成单晶硅，还需要控制晶体的方向：坩埚带着多晶硅熔化物在旋转，把一颗籽晶浸入其中，并且由拉制棒带着籽晶作反方向旋转，同时慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅会粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不断地生长上去。因此所生长的晶体的方向性是由籽晶所决定的，在其被拉出和冷却后就生长成了与籽晶内部晶格方向相同的单晶硅棒。用直拉法生长后，单晶棒将按适当的尺寸进行切割，然后进行研磨，将凹凸的切痕磨掉，再用化学机械抛光工艺使其至少一面光滑如镜，晶圆片制造就完成了。

晶圆制造厂把这些多晶硅融解，再在融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。硅晶棒再经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包装后，即成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆”。

晶圆生产包括晶棒制造和晶片制造两大步骤，它又可细分为以下几道主要工序，其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部属晶片制造，所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序：

晶棒成长——晶棒裁切与检测——外径研磨 ——切片 ——圆边 ——表层研磨 ——蚀刻 —— 去疵 ——抛光 ——清洗 --> 检验——包装

晶圆减薄切割的传统工艺流程为：正面贴膜、背面研磨、背面贴膜、正面揭膜和晶圆切割五个工艺步骤。

其中晶圆切割工艺中使用的切割工具为刀片，但是当处理更薄的原片时(60μm厚度以下)，因为晶圆减薄之后，其强度也减弱，容易产生正面崩缺的缺陷。

另外，中国发明专利公开了一种50μm超薄芯片生产方法，该生产方法对晶圆进行减薄处理后，采用的是阶梯模式对晶圆进行切割，即第一划片刀在晶圆上形成第一刀痕，然后采用第二划片刀在第一刀痕的底部向下切割道晶圆底部而完成晶圆切割。但采用机械刀片直接作用在晶圆表面，会对晶体内部造成应力损伤，容易产生晶圆崩边和晶体损伤。为了完成更薄芯片的生产，制备更高密度，更高性能的集成电路芯片，并且进一步提高芯片的良率，仍然需要对晶圆的减薄技术做进一步研究

随着信息技术的发展，晶圆需求大增。硅片尺寸越大则每片硅片上可以制造的芯片数量就越多，从而制造成本就越低。因此，硅片尺寸的扩大和芯片制程的减小是集成电路行业技术进步的两条主线。目前，市场主流硅片出货已经集中在8英寸、12英寸等大尺寸硅片上。

文章整合自：涂步在线、范文中心网、X技术网

审核编辑：鄢孟繁