每個半導體產品的製造都需要數百個工藝

，泛林集團將整個製造過程分為八個步驟：晶圓加工-氧化-光刻-刻蝕-薄膜沉積-互連-測試-封裝。

 

 

為幫助大家了解和認識半導體及相關工藝，我們將以三期微信推送
，為大家逐一介紹上述每個步驟。

 

第一步 晶圓加工

 

所有半導體工藝都始於一粒沙子！因為沙子所含的矽是生產晶圓所需要的原材料。晶圓是將矽(Si)或砷化镓(GaAs)製成的單晶柱體切割形成的圓薄片。要提取高純度的矽材料需要用到矽砂，一種二氧化矽含量高達95%的特殊材料，也是製作晶圓的主要原材料。晶圓加工就是製作獲取上述晶圓的過程。

 

① 鑄錠

 

 

首先需將沙子加熱
，分離其中的一氧化碳和矽，並不斷重複該過程直至獲得超高純度的電子級矽(EG-Si)。高純矽熔化成液體


，進而再凝固成單晶固體形式，稱為“錠”，這就是半導體製造的第一步。矽錠（矽柱）的製作精度要求很高，達到納米級，其廣泛應用的製造方法是提拉法。

 

② 錠切割

 

qianyigebuzhouwanchenghou
，xuyaoyongjingangshijuqiediaozhudingdeliangduan，zaijiangqiqiegechengyidinghoududebopian。dingbopianzhijingjuedinglejingyuandechicun，gengdagengbodejingyuannengbeifengechenggengduodekeyongdanyuan，youzhuyujiangdishengchanchengben。qiegeguidinghouxuzaibopianshangjiaru“平坦區”或“凹痕”標記，方便在後續步驟中以其為標準設置加工方向。

 

③ 晶圓表麵拋光

 

通過上述切割過程獲得的薄片被稱為“裸片”，即未經加工的“原料晶圓”。luopiandebiaomianaotubuping，wufazhijiezaishangmianyinzhidianlutuxing。yinci，xuyaoxiantongguoyanmohehuaxuekeshigongyiquchubiaomianxiaci，ranhoutongguopaoguangxingchengguangjiedebiaomian
，zaitongguoqingxiquchucanliuwuranwu，jikehuodebiaomianzhengjiedechengpinjingyuan。

 

第二步 氧化

 

氧化過程的作用是在晶圓表麵形成保護膜。它可以保護晶圓不受化學雜質影響
、避免漏電流進入電路、預防離子植入過程中的擴散以及防止晶圓在刻蝕時滑脫。

 

 

氧化過程的第一步是去除雜質和汙染物

，需要通過四步去除有機物、金屬等雜質及蒸發殘留的水分。清潔完成後就可以將晶圓置於800至1200攝氏度的高溫環境下，通過氧氣或蒸氣在晶圓表麵的流動形成二氧化矽（即“氧化物”）層。氧氣擴散通過氧化層與矽反應形成不同厚度的氧化層


，可以在氧化完成後測量它的厚度。

 

幹法氧化和濕法氧化

 

根gen據ju氧yang化hua反fan應ying中zhong氧yang化hua劑ji的de不bu同tong，熱re氧yang化hua過guo程cheng可ke分fen為wei幹gan法fa氧yang化hua和he濕shi法fa氧yang化hua，前qian者zhe使shi用yong純chun氧yang產chan生sheng二er氧yang化hua矽gui層ceng，速su度du慢man但dan氧yang化hua層ceng薄bo而er致zhi密mi，後hou者zhe需xu同tong時shi使shi用yong氧yang氣qi和he高gao溶rong解jie度du的de水shui蒸zheng氣qi
，其qi特te點dian是shi生sheng長chang速su度du快kuai但dan保bao護hu層ceng相xiang對dui較jiao厚hou且qie密mi度du較jiao低di。

 

 

除(chu)氧(yang)化(hua)劑(ji)以(yi)外(wai)
，還(hai)有(you)其(qi)他(ta)變(bian)量(liang)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)二(er)氧(yang)化(hua)矽(gui)層(ceng)的(de)厚(hou)度(du)。首(shou)先(xian)，晶(jing)圓(yuan)結(jie)構(gou)及(ji)其(qi)表(biao)麵(mian)缺(que)陷(xian)和(he)內(nei)部(bu)摻(chan)雜(za)濃(nong)度(du)都(dou)會(hui)影(ying)響(xiang)氧(yang)化(hua)層(ceng)的(de)生(sheng)成(cheng)速(su)率(lv)。此(ci)外(wai)

，氧(yang)化(hua)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)的(de)壓(ya)力(li)和(he)溫(wen)度(du)越(yue)高(gao)，氧(yang)化(hua)層(ceng)的(de)生(sheng)成(cheng)就(jiu)越(yue)快(kuai)。在(zai)氧(yang)化(hua)過(guo)程(cheng)，還(hai)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)單(dan)元(yuan)中(zhong)晶(jing)圓(yuan)的(de)位(wei)置(zhi)而(er)使(shi)用(yong)假(jia)片(pian)，以(yi)保(bao)護(hu)晶(jing)圓(yuan)並(bing)減(jian)小(xiao)氧(yang)化(hua)度(du)的(de)差(cha)異(yi)。

 

第三步 光刻

 

光刻是通過光線將電路圖案“印刷”到(dao)晶(jing)圓(yuan)上(shang)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)將(jiang)其(qi)理(li)解(jie)為(wei)在(zai)晶(jing)圓(yuan)表(biao)麵(mian)繪(hui)製(zhi)半(ban)導(dao)體(ti)製(zhi)造(zao)所(suo)需(xu)的(de)平(ping)麵(mian)圖(tu)。電(dian)路(lu)圖(tu)案(an)的(de)精(jing)細(xi)度(du)越(yue)高(gao)，成(cheng)品(pin)芯(xin)片(pian)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)就(jiu)越(yue)高(gao)，必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)先(xian)進(jin)的(de)光(guang)刻(ke)技(ji)術(shu)才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)。具(ju)體(ti)來(lai)說(shuo)，光(guang)刻(ke)可(ke)分(fen)為(wei)塗(tu)覆(fu)光(guang)刻(ke)膠(jiao)、曝光和顯影三個步驟。

 

① 塗覆光刻膠

 

在晶圓上繪製電路的第一步是在氧化層上塗覆光刻膠。光刻膠通過改變化學性質的方式讓晶圓成為“相紙”。晶圓表麵的光刻膠層越薄，塗覆越均勻，可以印刷的圖形就越精細。這個步驟可以采用“旋塗”方法。

 

 

根據光（紫外線）反應性的區別，光刻膠可分為兩種：正膠和負膠，前者在受光後會分解並消失
，從而留下未受光區域的圖形
，而後者在受光後會聚合並讓受光部分的圖形顯現出來。

 

② 曝光

 

 

在晶圓上覆蓋光刻膠薄膜後，就可以通過控製光線照射來完成電路印刷，這個過程被稱為“曝光”。我們可以通過曝光設備來選擇性地通過光線
，當光線穿過包含電路圖案的掩膜時，就能將電路印製到下方塗有光刻膠薄膜的晶圓上。

 

在(zai)曝(pu)光(guang)過(guo)程(cheng)中(zhong)，印(yin)刷(shua)圖(tu)案(an)越(yue)精(jing)細(xi)
，最(zui)終(zhong)的(de)芯(xin)片(pian)就(jiu)能(neng)夠(gou)容(rong)納(na)更(geng)多(duo)元(yuan)件(jian)，這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)並(bing)降(jiang)低(di)單(dan)個(ge)元(yuan)件(jian)的(de)成(cheng)本(ben)。在(zai)這(zhe)個(ge)領(ling)域(yu)，目(mu)前(qian)備(bei)受(shou)矚(zhu)目(mu)的(de)新(xin)技(ji)術(shu)是(shi)EUV光刻。去年2月
，泛林集團與戰略合作夥伴ASML和imec共同研發出了一種全新的幹膜光刻膠技術。該技術能通過提高分辨率（微調電路寬度的關鍵要素）大幅提升EUV光刻曝光工藝的生產率和良率。

 

③ 顯影

 

曝(pu)光(guang)之(zhi)後(hou)的(de)步(bu)驟(zhou)是(shi)在(zai)晶(jing)圓(yuan)上(shang)噴(pen)塗(tu)顯(xian)影(ying)劑(ji)，目(mu)的(de)是(shi)去(qu)除(chu)圖(tu)形(xing)未(wei)覆(fu)蓋(gai)區(qu)域(yu)的(de)光(guang)刻(ke)膠(jiao)，從(cong)而(er)讓(rang)印(yin)刷(shua)好(hao)的(de)電(dian)路(lu)圖(tu)案(an)顯(xian)現(xian)出(chu)來(lai)。顯(xian)影(ying)完(wan)成(cheng)後(hou)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)各(ge)種(zhong)測(ce)量(liang)設(she)備(bei)和(he)光(guang)學(xue)顯(xian)微(wei)鏡(jing)進(jin)行(xing)檢(jian)查(zha)
，確(que)保(bao)電(dian)路(lu)圖(tu)繪(hui)製(zhi)的(de)質(zhi)量(liang)。

 

以上是對晶圓加工、氧化和光刻工藝的簡要介紹，下一期，我們將為大家介紹半導體製造中兩大重要步驟——刻蝕和薄膜沉積，敬請期待！

 

來源：泛林半導體設備技術

 

 

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