你了解晶圆的结构吗?晶圆是如何被制造出来的?

晶圆十分重要，缺少晶圆，目前大多需要处理器或者芯片的设备均无法运行。为增进大家对晶圆的了解，本文将对晶圆的结构、晶圆的切割工艺以及晶圆的制造过程予以介绍。如果你对晶圆具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、晶圆结构

公开了一种晶圆结构，用于形成多个管芯，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面;位于所述半导体衬底的第一表面上的多个第一功能层和多个第二功能层，所述多个第一功能层由划片道隔开，所述多个第二功能层位于所述划片道中;以及位于所述多个第二功能层下方的多个划片标记，其中，所述多个管芯分别包括半导体衬底的一部分和所述多个第一功能层中的相应一个功能层，所述多个第二功能层用于提供所述多个管芯中的相邻管芯之间的机械和/或电连接。所述晶圆结构可以在划片道中提供功能层，并且便于激光切割分离相邻的管芯。

二、晶圆切割工艺

目前，硬脆材料切割技术主要有外圆切割、内圆切割和线铭切割。外圆切割组然操作简便，但据片刚性差，切割过程中锯片易跑偏。导致被切割工们的平行度差：而内圆切割只能进行直线切割。无法进行曲面切割。线锯切割技术具有切缝窄、效率高、切片质量好、可进行曲线切别等优点成为口前广泛采用的切割技术。

内圆切割时晶片表面损伤层大，给CMP带来很大黔削抛光工作最：刃口宽。材料损失大。品片出率低：成木高。生产率低：每次只能切割一片。当晶圆直径达到300mm时。内圆刀片外径将达到1.18m.内径为410mm.在制造、安装与调试上带来很多困难。故后期主要发展线切别为主的晶圆切割技术。

金刚石线锯足近十几年来获得快速发展的硬脆材料切割技术。包括自由助料线锯和固结磨料线锯两类。根据锯丝的运动方式和机冰结构。又可分为往复式和单向(环形)线锯。

目前在光电子工业中，使用最为广泛的是往复多线锯晶圆切割。

三、晶圆制造过程

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。

首先是硅提纯，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。

接下来是单晶硅生长，最常用的方法叫直拉法(CZ法)。如下图所示，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。

单晶硅棒的直径是由籽晶拉出的速度和旋转速度决定的，一般来说，上拉速率越慢，生长的单晶硅棒直径越大。而切出的晶圆片的厚度与直径有关，虽然半导体器件的制备只在晶圆的顶部几微米的范围内完成，但是晶圆的厚度一般要达到1 mm，才能保证足够的机械应力支撑，因此晶圆的厚度会随直径的增长而增长。

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”。

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