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圆晶【圆晶】圆晶（Wafer）是指硅半导体积体电路製作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为圆晶 。圆晶是生产积体电路所用的载体，一般意义晶圆多指单晶硅圆片 。单晶硅圆片由普通硅砂拉制提炼，经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施製成单晶硅棒，单晶硅棒经过抛光、切片之后，就成为了圆晶 。
基本介绍中文名：圆晶
外文名：Wafer
名字由来：其形状为圆形
多指：单晶硅圆片
基本介绍晶圆是最常用的半导体材料，按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格，近来发展出12英寸甚至研发更大规格（14英吋、15英吋、16英吋、……20英吋以上等） 。晶圆越大，同一圆片上可生产的IC就越多，可降低成本；但对材料技术和生产技术的要求更高 。一般认为硅晶圆的直径越大，代表着这座晶圆厂有更好的技术.在生产晶圆的过程当中，良品率是很重要的条件 。
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园晶製造过程二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，製成了高纯度的多晶硅，其纯度高达99.999999999% 。晶圆製造厂再将此多晶硅熔解，再于溶液内掺入一小粒的硅晶体晶种，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小晶粒在融熔态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶” 。硅晶棒再经过研磨，抛光，切片后，即成为积体电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆” 。简单的说,单晶硅圆片由普通硅砂拉制提炼，经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施製成单晶硅棒，单晶硅棒经过抛光、切片之后，就成为了晶圆 。晶圆经多次光罩处理，其中每一次的步骤包括感光剂途布、曝光、显影、腐蚀、渗透或蒸着等等，製成具有多层线路与元件的IC晶圆，再交由后段的测试、切割、封装厂，以製成实体的积体电路成品 。製造工艺晶圆製造工艺表面清洗晶圆表面附着一层大约2um的Al2O3和甘油混合液保护之,在製作前必须进行化学刻蚀和表面清洗 。初次氧化有热氧化法生成SiO2 缓冲层，用来减小后续中Si3N4对晶圆的应力氧化技术：乾法氧化Si(固)+O2 à SiO2(固)和湿法氧化Si(固)+2H2O à SiO2(固)+2H2 。乾法氧化通常用来形成，栅极二氧化硅膜，要求薄，界面能级和固定电荷密度低的薄膜 。乾法氧化成膜速度慢于湿法 。湿法氧化通常用来形成作为器件隔离用的比较厚的二氧化硅膜 。当SiO2膜较薄时，膜厚与时间成正比 。SiO2膜变厚时，膜厚与时间的平方根成正比 。因而，要形成较厚SiO2膜，需要较长的氧化时间 。SiO2膜形成的速度取决于经扩散穿过SiO2膜到达硅表面的O2及OH基等氧化剂的数量的多少 。湿法氧化时，因在于OH基SiO2膜中的扩散係数比O2的大 。氧化反应，Si 表面向深层移动，距离为SiO2膜厚的0.44倍 。因此，不同厚度的SiO2膜，去除后的Si表面的深度也不同 。SiO2膜为透明，通过光干涉来估计膜的厚度 。这种干涉色的周期约为200nm，如果预告知道是几次干涉，就能正确估计 。对其他的透明薄膜，如知道其折射率，也可用公式计算出(dSiO2)/(dox)=(nox)/(nSiO2) 。SiO2膜很薄时，看不到干涉色，但可利用Si的疏水性和SiO2的亲水性来判断SiO2膜是否存在 。也可用干涉膜计或椭圆仪等测出 。SiO2和Si界面能级密度和固定电荷密度可由MOS二极体的电容特性求得 。(100)面的Si的界面能级密度最低，约为10E+10-- 10E+11/cm ?2.eV-1 数量级 。(100)面时，氧化膜中固定电荷较多，固定电荷密度的大小成为左右阈值的主要因素 。热CVD(HotCVD)/(thermalCVD)此方法生产性高，梯状敷层性佳(不管多凹凸不平，深孔中的表面亦产生反应，及气体可到达表面而附着薄膜)等，故用途极广 。膜生成原理，例如由挥发性金属卤化物(MX)及金属有机化合物(MR)等在高温中气相化学反应(热分解，氢还原、氧化、替换反应等)在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜方法 。因只在高温下反应故用途被限制，但由于其可用领域中，则可得緻密高纯度物质膜，且附着强度极强，若用心控制，则可得安定薄膜即可轻易製得触鬚(短纤维)等，故其套用範围极广 。热CVD法也可分成常压和低压 。低压CVD适用于同时进行多片基片的处理，压力一般控制在0.25-2.0Torr之间 。作为栅电极的多晶硅通常利用HCVD法将SiH4或Si2H 。气体热分解（约650oC）澱积而成 。採用选择氧化进行器件隔离时所使用的氮化硅薄膜也是用低压CVD法，利用氨和SiH4 或Si2H6反应面生成的，作为层间绝缘的SiO2薄膜是用SiH4和O2在400--4500oC的温度下形成SiH4+O2-SiO2+2H2或是用Si(OC2H5)4(TEOS:tetra ethoxy silanc)和O2在750oC左右的高温下反应生成的，后者即採用TEOS形成的SiO2膜具有台阶侧面部被覆性能好的优点 。前者，在澱积的同时导入PH3 气体，就形成磷硅玻璃（PSG：phosphor silicate glass）再导入B2H6气体就形成BPSG(borro ? phosphor silicate glass)膜 。这两种薄膜材料，高温下的流动性好，广泛用来作为表面平坦性好的层间绝缘膜 。热处理在涂敷光刻胶之前，将洗净的基片表面涂上附着性增强剂或将基片放在惰性气体中进行热处理 。这样处理是为了增加光刻胶与基片间的粘附能力，防止显影时光刻胶图形的脱落以及防止湿法腐蚀时产生侧面腐蚀(sideetching) 。光刻胶的涂敷是用转速和旋转时间可自由设定的甩胶机来进行的 。首先、用真空吸引法将基片吸在甩胶机的吸盘上，把具有一定粘度的光刻胶滴在基片的表面，然后以设定的转速和时间甩胶 。由于离心力的作用，光刻胶在基片表面均匀地展开，多余的光刻胶被甩掉，获得一定厚度的光刻胶膜，光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的转速来控制 。所谓光刻胶，是对光、电子束或X线等敏感，具有在显影液中溶解性的性质，同时具有耐腐蚀性的材料 。一般说来，正型胶的分辩率高，而负型胶具有感光度以及和下层的粘接性能好等特点 。光刻工艺精细图形(分辩率，清晰度)，以及与其他层的图形有多高的位置吻合精度(套刻精度)来决定，因此有良好的光刻胶，还要有好的曝光系统 。去除氮化硅此处用乾法氧化法将氮化硅去除离子注入离子布植将硼离子(B+3) 透过SiO2 膜注入衬底，形成P型阱离子注入法是利用电场加速杂质离子，将其注入硅衬底中的方法 。离子注入法的特点是可以精密地控制扩散法难以得到的低浓度杂质分布 。MOS电路製造中，器件隔离工序中防止寄生沟道用的沟道截断，调整阀值电压用的沟道掺杂，CMOS的阱形成及源漏区的形成，要採用离子注入法来掺杂 。离子注入法通常是将欲掺入半导体中的杂质在离子源中离子化，然后将通过质量分析磁极后选定了离子进行加速，注入基片中 。退火处理去除光刻胶放高温炉中进行退火处理 以消除晶圆中晶格缺陷和内应力，以恢复晶格的完整性 。使植入的掺杂原子扩散到替代位置，产生电特性 。去除氮化硅层用热磷酸去除氮化硅层，掺杂磷(P+5) 离子，形成N 型阱，并使原先的SiO2 膜厚度增加，达到阻止下一步中n 型杂质注入P 型阱中 。去除SIO2层退火处理，然后用HF 去除SiO2 层 。乾法氧化法乾法氧化法生成一层SiO2 层，然后LPCVD 沉积一层氮化硅 。此时P 阱的表面因SiO2 层的生长与刻蚀已低于N 阱的表面水平面 。这里的SiO2 层和氮化硅的作用与前面一样 。接下来的步骤是为了隔离区和栅极与晶面之间的隔离层 。光刻技术和离子刻蚀技术利用光刻技术和离子刻蚀技术，保留下栅隔离层上面的氮化硅层 。湿法氧化生长未有氮化硅保护的SiO2 层，形成PN 之间的隔离区 。生成SIO2薄膜热磷酸去除氮化硅，然后用HF 溶液去除栅隔离层位置的SiO2 ，并重新生成品质更好的SiO2 薄膜, 作为栅极氧化层 。氧化LPCVD 沉积多晶硅层，然后涂敷光阻进行光刻，以及等离子蚀刻技术，栅极结构，并氧化生成SiO2 保护层 。形成源漏极表面涂敷光阻，去除P 阱区的光阻，注入砷(As) 离子，形成NMOS 的源漏极 。用同样的方法，在N 阱区，注入B 离子形成PMOS 的源漏极 。沉积利用PECVD 沉积一层无掺杂氧化层，保护元件，并进行退火处理 。沉积掺杂硼磷的氧化层含有硼磷杂质的SiO2 层，有较低的熔点，硼磷氧化层(BPSG) 加热到800 oC 时会软化并有流动特性，可使晶圆表面初级平坦化 。深处理溅镀第一层金属利用光刻技术留出金属接触洞，溅镀钛+ 氮化钛+ 铝+ 氮化钛等多层金属膜 。离子刻蚀出布线结构，并用PECVD 在上面沉积一层SiO2 介电质 。并用SOG (spin on glass) 使表面平坦，加热去除SOG 中的溶剂 。然后再沉积一层介电质，为沉积第二层金属作準备 。（1） 薄膜的沉积方法根据其用途的不同而不同，厚度通常小于1um。有绝缘膜、半导体薄膜、金属薄膜等各种各样的薄膜 。薄膜的沉积法主要有利用化学反应的CVD(chemical vapor deposition)法以及物理现象的PVD(physical vapor deposition)法两大类 。CVD 法有外延生长法、HCVD ，PECVD 等 。PVD 有溅射法和真空蒸发法 。一般而言，PVD 温度低，没有毒气问题；CVD 温度高，需达到1000 oC 以上将气体解离，来产生化学作用 。PVD 沉积到材料表面的附着力较CVD 差一些，PVD 适用于在光电产业，而半导体製程中的金属导电膜大多使用PVD 来沉积，而其他绝缘膜则大多数採用要求较严谨的CVD 技术 。以PVD 被覆硬质薄膜具有高强度，耐腐蚀等特点 。（2） 真空蒸发法（Evaporation Deposition ）採用电阻加热或感应加热或者电子束等加热法将原料蒸发澱积到基片上的一种常用的成膜方法 。蒸发原料的分子（或原子）的平均自由程长（10 -4 Pa 以下，达几十米），所以在真空中几乎不与其他分子碰撞可直接到达基片 。到达基片的原料分子不具有表面移动的能量，立即凝结在基片的表面，所以，在具有台阶的表面上以真空蒸发法澱积薄膜时，一般，表面被覆性（覆盖程度）是不理想的 。但若可将Crambo真空抽至超高真空（<10 – 8 torr ），并且控制电流，使得欲镀物以一颗一颗原子蒸镀上去即成所谓分子束磊晶生长（MBE ：Molecular Beam Epitaxy ） 。（3） 溅镀（Sputtering Deposition ） 所谓溅射是用高速粒子（如氩离子等）撞击固体表面，将固体表面的原子撞击出来，利用这一现象来形成薄膜的技术即让电浆中的离子加速，撞击原料靶材，将撞击出的靶材原子澱积到对面的基片表面形成薄膜 。溅射法与真空蒸发法相比有以下的特点：台阶部分的被覆性好，可形成大面积的均质薄膜，形成的薄膜，可获得和化合物靶材同一成分的薄膜，可获得绝缘薄膜和高熔点材料的薄膜，形成的薄膜和下层材料具有良好的密接性能 。因而，电极和布线用的铝合金（Al-Si, Al-Si-Cu ）等都是利用溅射法形成的 。最常用的溅射法在平行平板电极间接上高频（13.56MHz ）电源，使氩气（压力为1Pa ）离子化，在靶材溅射出来的原子澱积到放到另一侧电极上的基片上 。为提高成膜速度，通常利用磁场来增加离子的密度， 这种装置称为磁控溅射装置（magnetron sputter apparatus ），以高电压将通入惰性氩体游离，再藉由阴极电场加速吸引带正电的离子，撞击在阴极处的靶材，将欲镀物打出后沉积在基板上 。一般均加磁场方式增加电子的游离路径，可增加气体的解离率，若靶材为金属，则使用DC 电场即可，若为非金属则因靶材表面累积正电荷，导致往后的正离子与之相斥而无法继续吸引正离子，所以改为RF 电场（因场的振荡频率变化太快，使正离子跟不上变化，而让RF-in 的地方呈现阴极效应）即可解决问题 。光刻技术定出VIA 孔洞沉积第二层金属，并刻蚀出连线结构 。然后，用PECVD 法氧化层和氮化硅保护层 。光刻和离子刻蚀定出PAD 位置 。最后进行退火处理以保证整个Chip 的完整和连线的连线性 。检测系统8寸晶圆显微镜检测系统通过机械手将晶圆从片盒取出放在真空吸附托盘上，通过滑鼠或操作按键改变晶圆的转向以初步检查 。显微镜平台可进行精密检测，能够观察晶圆微观的颗粒，划伤，污染等情况 。这种机械手採用了直线型真空吸附结构，灵活可靠，显微镜平台能够提供40-1000倍的观察效果 。它还可以提供多种灵活多变的晶圆检测模式，包含以下检测内容：晶圆ID、晶圆notch的方向、晶圆旋转角度及速度、晶圆微观的晶格等，并能够实现连续监控 。与摩尔定律摩尔定律的起源在计算机领域有一个人所共知的“摩尔定律”，它是英特尔公司创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)于1965年在总结存储器晶片的增长规律时(据说当时在準备一个讲演)所使用的一份手稿 。“摩尔定律”通常是引用那些讯息灵通人士的话来说就是：“在每一平方英寸硅晶圆上的电晶体数量每个12月番一番 。”摩尔发表那篇论文的本意是为了探讨如何合理缩减积体电路电晶体体尺寸、降低製造成本的方法 。更重要的是，他知道这种尺寸上的缩小将带来重要的意义：未来的积体电路将会更便宜、功能更多，可集成电晶体数量越多，从而使电子产品日趋廉价化、普及化，并终将对人类的生活、工作产生巨大影响 。在摩尔定律中提到减少成本是积体电路最大的吸引力之一，并且随着技术发展，集成化程度越高，低成本的优点更为明显 。对于简单的电路来说，每个部件的费用与电路中所含电晶体的数量成反比关係 。但同时，随着集成度的提高，电路複杂性也随之提高，由此带来的製造成本也将提高 。当然，应该注意到摩尔的原作仅仅只有4页纸的篇幅，而现在的文章篇幅却长多了 。这是因为我们所说的“摩尔定律”这一个名称其实并不是十分严谨，因为它其实并非科学或自然界的一个定律，而至多也仅仅是一个规律，用来描述由于不断改进的半导体生产工艺所带来的一个指数级增长的独特发展规律 。那幺摩尔所提到的“最小元件成本的複杂性”究竟指什幺呢？製造缺陷、製造成本与集成度之间又存在什幺样的关係？让我们按照作者的本意来改写一下我们所熟知的“电晶体倍增定律”：使换算后每个电晶体製造成本达到最低的积体电路晶片所含的电晶体个数每年将倍增 。经过这样改写的摩尔定律，或许就更加地贴近摩尔先生的本意了 。但是仅凭这样的一句话，仍然很难準确地表达增加集成度所带来的每元件成本下降与积体电路製造成本间的互动关係，因此，在下面，我们将详细地举例说明，以便大家更透彻地了解摩尔定律的本质 。摩尔定律与硅晶片的经济生产规模大多数读者都已经知道每个晶片都是从硅晶圆中切割得来，因此将从晶片的生产过程开始讨论 。通过使用化学、电路光刻製版技术，将电晶体蚀刻到硅晶圆之上，一旦蚀刻完成，单个的晶片被一块块地从晶圆上切割下来 。在硅晶圆中，有些的地方会存在一定缺陷，或是在硅晶圆被蚀刻入的电晶体起不了任何作用，这一切是由于製造技术限制而造成的，任何一个存在上面问题的晶片将因不能正常工作而被报废 。如一块硅晶圆中蚀刻了16个电晶体，但其中4个电晶体存在缺陷，因此我们就不得不把16个晶片中的4个报废掉(即占这块硅晶圆的1/4 ) 。如果这块硅晶圆代表我们生产过程中生产的所有硅晶圆，这意味着我们废品率就是1/4，这种情况将导致製造成本的上升 。在无法对现在的製造进程进行实质性改进的情况下，我们有两个方法来降低电晶体报废率从而增加当前75%的良品率 。其一就是改进我们的生产製程、最佳化加工过程，降低每块硅晶圆上的晶圆坏点密度 。不过在我们讨论如何减少坏点密度之前，我认为应该花一点时间来让大家了解一下半导体的2个基本生产参数—硅晶圆尺寸和蚀刻尺寸 。当一个半导体製造者建造一个新晶片生产工厂时，你将通常看到它在使用相关资料上使用这2个数字：硅晶圆尺寸和特性尺寸 。硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值 。总的来说，一套特定的硅晶圆生产设备所能生产的硅晶圆尺寸是固定，因为对原设备进行改造来生产新尺寸的硅晶圆而花费资金是相当惊人的，这些费用几乎可以建造一个新的生产工厂 。这样我们就无法随心所欲地增大晶圆尺寸 。你可能这样想像，硅晶圆尺寸越大越好，这样每块晶圆能生产更多的晶片 。然而，硅晶圆有一个特性来限制製造商随意增加硅晶圆的尺寸，那就是在晶圆生产过程中，离晶圆中心越远就越容易出现坏点 。因此从硅晶圆中心向外扩展，坏点数是呈上升趋势 。半导体生产商们也总是致力于在儘量大的晶圆上控制坏点的数量，比如8086 CPU製造时最初所使用的晶圆尺寸是50mm，而现在英特尔已经开始使用300mm尺寸硅晶圆生产工厂生产新一代处理器 。至于蚀刻尺寸是製造设备在一个硅晶圆上所能蚀刻的一个最小尺寸 。因此当你听见P4採用0.13微米製程时，这意味意指Pentium 4的电晶体尺寸最小可以做成0.13微米那幺大，就是说这个加工厂在晶圆上所能蚀刻的最小电晶体尺寸是0.13微米 。你将通常看见“蚀刻尺寸”和“电晶体尺寸”这两个术语是可以交换使用的，因为在一志积体电路上的最重要的特性就是电晶体 。8086有3u蚀刻尺寸，Pentium的蚀刻尺寸是0.8u，并且Pentium 4的蚀刻尺寸当前是0.13u，而目前英特尔的正在建造的硅晶圆厂能蚀刻0.09u的蚀刻尺寸 。像硅晶圆尺寸一样，蚀刻尺寸也是被固定的，所有的硅晶圆製造厂都是按某几个特定的蚀刻尺寸来生产晶片 。