晶圓和芯片的關(guān)系-晶圓和芯片的定義與區(qū)別聯(lián)系是什么-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2019-05-21
了解晶圓和芯片的關(guān)系,下文介紹晶圓與芯片各自知識(shí)要領(lǐng)。
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的集成電路產(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%。
硅是由石英砂所精練出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%),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。
晶圓是制造半導(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 ℃,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,又稱作冶金級(jí)硅,這對(duì)微電子器件來說不夠純,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。
接下來是單晶硅生長(zhǎng),最常用的方法叫直拉法(CZ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 ℃,爐中的氣體通常是惰性氣體,使多晶硅熔化,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,一般來說,上拉速率越慢,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1 mm,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)。
晶圓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,此過程稱為“長(zhǎng)晶”。硅晶棒再經(jīng)過切段,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”。
集成電路,縮寫作 IC;或稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、晶片/芯片(chip)在電子學(xué)中是一種把電路(主要包括半導(dǎo)體設(shè)備,也包括被動(dòng)組件等)小型化的方式,并時(shí)常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。
芯片制作完整過程包括芯片設(shè)計(jì)、晶片制作、封裝制作、測(cè)試等幾個(gè)環(huán)節(jié),其中晶片制作過程尤為的復(fù)雜。
首先是芯片設(shè)計(jì),根據(jù)設(shè)計(jì)的需求,生成的“圖樣”,芯片的原料是晶圓。
晶圓的成分是硅,硅是由石英沙所精練出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%),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,將其切片就是芯片制作具體所需要的晶圓。晶圓越薄,生產(chǎn)的成本越低,但對(duì)工藝就要求的越高。
晶圓涂膜
晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力,其材料為光阻的一種。
晶圓光刻顯影、蝕刻
光刻工藝的基本流程如下圖所示。首先是在晶圓(或襯底)表面涂上一層光刻膠并烘干。烘干后的晶圓被傳送到光刻機(jī)里面。光線透過一個(gè)掩模把掩模上的圖形投影在晶圓表面的光刻膠上,實(shí)現(xiàn)曝光,激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)。對(duì)曝光后的晶圓進(jìn)行第二次烘烤,即所謂的曝光后烘烤,后烘烤是的光化學(xué)反應(yīng)更充分。最后,把顯影液噴灑到晶圓表面的光刻膠上,對(duì)曝光圖形顯影。顯影后,掩模上的圖形就被存留在了光刻膠上。
涂膠、烘烤和顯影都是在勻膠顯影機(jī)中完成的,曝光是在光刻機(jī)中完成的。勻膠顯影機(jī)和光刻機(jī)一般都是聯(lián)機(jī)作業(yè)的,晶圓通過機(jī)械手在各單元和機(jī)器之間傳送。整個(gè)曝光顯影系統(tǒng)是封閉的,晶圓不直接暴露在周圍環(huán)境中,以減少環(huán)境中有害成分對(duì)光刻膠和光化學(xué)反應(yīng)的影響。
摻加雜質(zhì)
將晶圓中植入離子,生成相應(yīng)的P、N類半導(dǎo)體。
晶圓測(cè)試
經(jīng)過上面的幾道工藝之后,晶圓上就形成了一個(gè)個(gè)格狀的晶粒。通過針測(cè)的方式對(duì)每個(gè)晶粒進(jìn)行電氣特性檢測(cè)。
封裝
將制造完成晶圓固定,綁定引腳,按照需求去制作成各種不同的封裝形式,這就是同種芯片內(nèi)核可以有不同的封裝形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶的應(yīng)用習(xí)慣、應(yīng)用環(huán)境、市場(chǎng)形式等外圍因素來決定的。
測(cè)試、包裝
經(jīng)過上述工藝流程以后,芯片制作就已經(jīng)全部完成了,這一步驟是將芯片進(jìn)行測(cè)試、剔除不良品,以及包裝。
芯片是由N多個(gè)半導(dǎo)體器件組成 半導(dǎo)體一般有 二極管 三極管 場(chǎng)效應(yīng)管 小功率電阻 電感 電容等等。
就是在圓井中使用技術(shù)手段 改變 原子核的自由電子濃度改變?cè)佣嘧樱娮樱┗蛏僮樱昭ǎ┦窃雍水a(chǎn)生正電荷或負(fù)電荷的物理特性 構(gòu)成各種半導(dǎo)體。
硅 鍺 是常用的半導(dǎo)體材料 他們的特性及材質(zhì)是容易大量并且成本低廉使用于上述技術(shù)的材料。
一個(gè)硅片中就是大量的半導(dǎo)體器件組成 當(dāng)然功能就是按需要將半導(dǎo)體組成電路而存在于硅片內(nèi) 封裝后就是IC了 集成電路。
這個(gè)要根據(jù)你的die的大小和wafer的大小以及良率來決定的。
目前業(yè)界所謂的6寸,12寸還是18寸晶圓其實(shí)就是晶圓直徑的簡(jiǎn)稱,只不過這個(gè)吋是估算值。實(shí)際上的晶圓直徑是分為150mm,300mm以及450mm這三種,而12吋約等于305mm,為了稱呼方便所以稱之為12吋晶圓。
國(guó)際上Fab廠通用的計(jì)算公式:
一塊完整的wafer
名詞解釋:wafer 即為圖片所示的晶圓,由純硅(Si)構(gòu)成。一般分為6英寸、8英寸、12英寸規(guī)格不等,晶片就是基于這個(gè)wafer上生產(chǎn)出來的。Wafer上的一個(gè)小塊,就是一個(gè)晶片晶圓體,學(xué)名die,封裝后就成為一個(gè)顆粒。一片載有Nand Flash晶圓的wafer,wafer首先經(jīng)過切割,然后測(cè)試,將完好的、穩(wěn)定的、足容量的die取下,封裝形成日常所見的Nand Flash芯片。
那么,在wafer上剩余的,要不就是不穩(wěn)定,要不就是部分損壞所以不足容量,要不就是完全損壞。原廠考慮到質(zhì)量保證,會(huì)將這種die宣布死亡,嚴(yán)格定義為廢品全部報(bào)廢處理。
die和wafer的關(guān)系
品質(zhì)合格的die切割下去后,原來的晶圓就成了下圖的樣子,就是挑剩下的Downgrade Flash Wafer。
篩選后的wafer
這些殘余的die,其實(shí)是品質(zhì)不合格的晶圓。被摳走的部分,也就是黑色的部分,是合格的die,會(huì)被原廠封裝制作為成品NAND顆粒,而不合格的部分,也就是圖中留下的部分則當(dāng)做廢品處理掉。
聯(lián)系方式:鄒先生
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