石英到芯片,都经历了什么?
半导体作为我国最重要的产业之一,
每年为全球贡献近五千亿美金的产值,
可以毫不夸张的说,
半导体技术无处不在。
俗话说:巧妇难为无米之炊,
硅晶圆作为制造半导体器件和芯片的基本材料,
在产业中扮演着举足轻重的地位,
硅是当今最重要、应用最广泛的半导体材料。
在实际的生产中,
我们通常将二氧化硅还原成单晶硅,
但是这个过程难度很高,
因为实际用到的晶圆纯度很高,
然后拉出单晶硅晶棒
再到最后切割成一片薄薄的晶圆。
再经过晶圆涂膜、光刻显影蚀刻、
离子注入、晶圆测试、封装等流程,
芯片就制作完成了。
1.石英砂
硅是地壳内第二丰富的元素,而脱氧后的硅砂(尤其是石英)最多包含25%的硅元素,以二氧化硅(SiO2)的形式存在,这也是半导体制造产业的基础。
注:经查阅相关文献,半导体用石英砂要求粒度20-200目,外观白色或结晶色。耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、独特的光学特性,二氧化硅含量99.5-99.9%,氧化亚铁≤0.005%,氧化铁≤0.001%。
2.硅熔炼
12英寸/300毫米晶圆级,通过多步净化得到可用于半导体知道质量的硅,学名电子级硅(EGS),平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。下图展示的是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的,最后得到的就是硅锭(ingot)。
整体基本呈圆柱形,重约100千克,硅纯度 99.9999%。
4.硅锭切割
横向切割成圆形的单个硅片,也就是我们常说的晶圆 (Wafer)。顺便说,这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧?
5.晶圆
切割出的是晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕,表面甚至可以当镜子。事实上,intel自己并不生产这种晶圆,而是从第三方半导体企业那里直接购买成品,然后利用直接的生产线进一步加工,比如现在主流的45nm HKMG(高K金属柵极)。值得一提的是,intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。