文章 by 與非網
沙子轉變為半導體級矽的製備，再將其轉變成晶體和晶圓，以及生產拋光晶圓要求的工藝步驟。這其中包括了用於製造操作晶圓的不同型別的描述。生長450mm直徑的晶體和450mm晶圓的製備存在的挑戰性。
更高密度和更大尺寸晶片的發展需要更大直徑的晶圓供應。在20世紀60年代開始使用的1英寸直徑的晶圓。在21世紀前期業界轉向300mm（12英寸）直徑的晶圓而現在正轉向450mm（18英寸）領域。
更大直徑的晶圓是由不斷降低晶片成本的要求驅動的。這對晶體制備的挑戰是巨大的。在晶體生長中，晶體結構和電學效能的一致性及汙染問題是一個挑戰。在晶圓製備、平坦性、直徑控制和晶體完整性方面都是問題。更大直徑意味著更大的質量，這就需要更堅固的工藝裝置，並最終完全自動化。一個直徑300mm的晶圓生產坯質大約是20磅（7.5kg）並會有50萬美元以上的產值。
一個450mm的晶圓質量約800kg，長210cm。這些挑戰和幾乎每一個引數更高的工藝規格要求共存。與挑戰並進和提供更大直徑晶圓是晶片製造不斷進步的關鍵。然而，轉向更大直徑的晶圓是昂貴和費時的。因此，隨著產業進入更大直徑的晶圓，一些公司仍在使用較小直徑的晶圓。
半導體矽製備
半導體器件和電路在半導體材料晶圓的表層形成，半導體材料通常是矽。這些晶圓的雜質含量必須非常低，必須摻雜到指定的電阻率水平，必須是制定的晶體結構，必須是光學的平面，並達到許多機械及清潔度的規格要求。
製造積體電路級矽晶圓分4個階段進行：
1. 礦石到高純度氣體的轉變；
2. 氣體到多晶的轉變；
3. 多晶到單晶、摻雜晶棒的轉變；
4. 晶棒到晶圓的製備。
半導體制備的第一個階段是從泥土中選取和提純半導體材料的原料。提純從化學反應開始。對於矽，化學反應是從礦石到矽化物氣體，例如四氟化矽或三氯矽烷。雜質，例如其他金屬，留在礦石殘渣裡。矽化物再和氫反應生成半導體級的矽。這樣的矽純度達99.9999999%，是地球上最純的物質之一。它有一種稱為多晶或多晶矽的晶體結構。
晶體材料
材料中原子的組織結構是導致材料不同的一種方式。有些材料，例如矽和鍺，原子在整個材料裡重複排列成非常固定的結構，這種材料稱為晶體。
原子沒有固定的週期性排列的材料被稱為非晶體或無定形。塑膠就是無定形材料的例子。
晶體生長
半導體晶圓是從大塊的半導體材料切割而來的。這種半導體材料，或稱為矽錠，是從大塊的具有多晶結構和未摻雜本徵材料生長得來的。把多晶轉變成一個大單晶，給予正確的定向和適量的N型或P型摻雜，叫做晶體生長。
使用三種不同的方法來生長單晶：直拉法、液體掩蓋直拉法和區熔法。
晶體和晶圓質量
半導體器件需要高度完美的晶體。但是即使使用了最成熟的技術，完美的晶體還是得不到的。不完美，就稱為晶體缺陷，會產生不均勻的二氧化矽膜生長、差的外延膜沉積、晶圓裡不均勻的摻雜層，以及其他問題而導致工藝問題。在完成的器件中，晶體缺陷會引起有害的電流漏出，可能阻止器件在正常電壓下工作。有四類重要的晶體缺陷：
1. 點缺陷；
2. 位錯；
3. 原生缺陷；
4. 雜質。
晶圓是如何生長的？又是如何製備的呢？（系列二）
接著上節的介紹，我們已經生產出了表面平整的晶圓，接下來，晶圓還要進行下一步的加工。
化學機械拋光
最終的拋光步驟是一個化學腐蝕和機械摩擦的結合，被稱為化學機械拋光。晶圓裝在旋轉的拋光頭上，下降到拋光墊的表面以相反的方向旋轉。拋光墊材料通常是有填充物的聚亞安酯鑄件切片或聚氨酯塗層的無紡布。二氧化矽拋光液在適度含氫氧化鉀或氨水的腐蝕液中，滴到拋光墊上。
鹼性拋光液在晶圓表面生成一薄層二氧化矽。拋光墊以持續的機械摩擦作用去除氧化物，晶圓表面的高點被去除掉，直到獲得特別平整的平面。如果一個半導體晶圓的表面擴大到10000英尺，在總長度中將會有正負2英寸的平整度偏差。
獲得極好平整度需要規定和控制拋光時間、晶圓和拋光墊上的壓力、旋轉速度、拋光液顆粒尺寸、拋光液流速、拋光液的pH值、拋光墊材料和條件。
化學機械拋光是製造大直徑晶圓的技術之一。在晶圓製造工藝中，新層的建立會產生不平的平面，使用化學機械拋光技術以平整晶體表面。在這個應用中，這個技術又被稱為化學機械平坦化。
背面處理
當然，“臉面”是非常重要的，但是對於晶圓製造來說，光有好的“面相”是遠遠不夠的。
在許多情況下，只是晶圓的正面經過充分的化學機械拋光。背面留下從粗糙或腐蝕到光亮的外觀。對於某些器件的使用，背面可能會受到特殊的處理導致晶體缺陷，稱為背損傷。背損傷產生位錯的生長輻射進入晶圓，這些位錯現象是陷阱，俘獲在製造工藝中引入的可移動金屬離子汙染。這個俘獲現象又稱為吸雜。背面噴沙是一種標準的技術，其他方法包括背面多晶層或氮化矽的沉積。
雙面拋光
對更大直徑晶圓的許多要求之一，是平整和平行的表面。許多300mm晶圓的製造採用了雙面拋光，以獲得區域性平整度在25mm*25mm測量面時小於0.25um到0.18um的規格要求。缺點是在後面工序中必須使用無劃傷和不汙染背面的操作技術。
晶圓評估
在包裝之前，需要根據使用者制定的一些引數對晶圓或樣品進行檢查。
主要的考慮因素是表面問題，如顆粒、汙染、霧。這些問題能夠用強光或自動檢查裝置來檢測出。
氧化
晶圓在發貨到客戶之前可以進行氧化。氧化層用以保護晶圓表面，防止在運輸過程中的劃傷和汙染。許多公司從氧化開始晶圓製造工藝，購買有氧化層的晶圓就節省了一個生產步驟。
包裝
儘管在生產高質量和潔淨的晶圓方面付出了許多努力，但從包裝方法本身來說，在運輸到客戶的過程中，這些品質會喪失或變差。
所以，對潔淨和保護性的包裝有非常嚴格的要求。包裝材料是無靜電、不產生顆粒的材料，並且裝置和操作工要接地，放掉吸引小顆粒的靜電。晶圓包裝要在淨化間裡進行。
晶圓型別和用途
這些過程是面向生產主晶圓的，它們是晶圓製造工藝生產的晶片和電路的主角，。此外，需要有不同型別的測試或監控晶圓。這些都是用來代替昂貴的黃金晶片的監測和評估的過程步驟的結果。這些是機械測試晶圓和工藝試驗晶圓。
機械測試晶圓被用作測試和驗證裝置的操作方面和處理系統。工藝試驗片與主晶圓透過工藝模組一起進入工藝步驟。主晶圓不能用於測試和控制一個單一的工藝步驟的結果。
晶圓回收
在工藝過程中有很多原因造成晶圓被廢棄，通常是因為不符合工藝規範，假設它們沒有被物理地損壞，則可以被回收作為測試晶圓使用。使用化學與化學機械拋光相結合的方法，去除晶圓的頂層和頂部附件層。這將產生一個新的晶圓表面以適合於測試晶圓的使用。去層後，回收晶圓將透過與主晶圓相同的晶圓清洗過程。
文章 by 與非網
沙子轉變為半導體級矽的製備，再將其轉變成晶體和晶圓，以及生產拋光晶圓要求的工藝步驟。這其中包括了用於製造操作晶圓的不同型別的描述。生長450mm直徑的晶體和450mm晶圓的製備存在的挑戰性。
更高密度和更大尺寸晶片的發展需要更大直徑的晶圓供應。在20世紀60年代開始使用的1英寸直徑的晶圓。在21世紀前期業界轉向300mm（12英寸）直徑的晶圓而現在正轉向450mm（18英寸）領域。
更大直徑的晶圓是由不斷降低晶片成本的要求驅動的。這對晶體制備的挑戰是巨大的。在晶體生長中，晶體結構和電學效能的一致性及汙染問題是一個挑戰。在晶圓製備、平坦性、直徑控制和晶體完整性方面都是問題。更大直徑意味著更大的質量，這就需要更堅固的工藝裝置，並最終完全自動化。一個直徑300mm的晶圓生產坯質大約是20磅（7.5kg）並會有50萬美元以上的產值。
一個450mm的晶圓質量約800kg，長210cm。這些挑戰和幾乎每一個引數更高的工藝規格要求共存。與挑戰並進和提供更大直徑晶圓是晶片製造不斷進步的關鍵。然而，轉向更大直徑的晶圓是昂貴和費時的。因此，隨著產業進入更大直徑的晶圓，一些公司仍在使用較小直徑的晶圓。
半導體矽製備
半導體器件和電路在半導體材料晶圓的表層形成，半導體材料通常是矽。這些晶圓的雜質含量必須非常低，必須摻雜到指定的電阻率水平，必須是制定的晶體結構，必須是光學的平面，並達到許多機械及清潔度的規格要求。
製造積體電路級矽晶圓分4個階段進行：
1. 礦石到高純度氣體的轉變；
2. 氣體到多晶的轉變；
3. 多晶到單晶、摻雜晶棒的轉變；
4. 晶棒到晶圓的製備。
半導體制備的第一個階段是從泥土中選取和提純半導體材料的原料。提純從化學反應開始。對於矽，化學反應是從礦石到矽化物氣體，例如四氟化矽或三氯矽烷。雜質，例如其他金屬，留在礦石殘渣裡。矽化物再和氫反應生成半導體級的矽。這樣的矽純度達99.9999999%，是地球上最純的物質之一。它有一種稱為多晶或多晶矽的晶體結構。
晶體材料
材料中原子的組織結構是導致材料不同的一種方式。有些材料，例如矽和鍺，原子在整個材料裡重複排列成非常固定的結構，這種材料稱為晶體。
原子沒有固定的週期性排列的材料被稱為非晶體或無定形。塑膠就是無定形材料的例子。
晶體生長
半導體晶圓是從大塊的半導體材料切割而來的。這種半導體材料，或稱為矽錠，是從大塊的具有多晶結構和未摻雜本徵材料生長得來的。把多晶轉變成一個大單晶，給予正確的定向和適量的N型或P型摻雜，叫做晶體生長。
使用三種不同的方法來生長單晶：直拉法、液體掩蓋直拉法和區熔法。
晶體和晶圓質量
半導體器件需要高度完美的晶體。但是即使使用了最成熟的技術，完美的晶體還是得不到的。不完美，就稱為晶體缺陷，會產生不均勻的二氧化矽膜生長、差的外延膜沉積、晶圓裡不均勻的摻雜層，以及其他問題而導致工藝問題。在完成的器件中，晶體缺陷會引起有害的電流漏出，可能阻止器件在正常電壓下工作。有四類重要的晶體缺陷：
1. 點缺陷；
2. 位錯；
3. 原生缺陷；
4. 雜質。
晶圓是如何生長的？又是如何製備的呢？（系列二）
接著上節的介紹，我們已經生產出了表面平整的晶圓，接下來，晶圓還要進行下一步的加工。
化學機械拋光
最終的拋光步驟是一個化學腐蝕和機械摩擦的結合，被稱為化學機械拋光。晶圓裝在旋轉的拋光頭上，下降到拋光墊的表面以相反的方向旋轉。拋光墊材料通常是有填充物的聚亞安酯鑄件切片或聚氨酯塗層的無紡布。二氧化矽拋光液在適度含氫氧化鉀或氨水的腐蝕液中，滴到拋光墊上。
鹼性拋光液在晶圓表面生成一薄層二氧化矽。拋光墊以持續的機械摩擦作用去除氧化物，晶圓表面的高點被去除掉，直到獲得特別平整的平面。如果一個半導體晶圓的表面擴大到10000英尺，在總長度中將會有正負2英寸的平整度偏差。
獲得極好平整度需要規定和控制拋光時間、晶圓和拋光墊上的壓力、旋轉速度、拋光液顆粒尺寸、拋光液流速、拋光液的pH值、拋光墊材料和條件。
化學機械拋光是製造大直徑晶圓的技術之一。在晶圓製造工藝中，新層的建立會產生不平的平面，使用化學機械拋光技術以平整晶體表面。在這個應用中，這個技術又被稱為化學機械平坦化。
背面處理
當然，“臉面”是非常重要的，但是對於晶圓製造來說，光有好的“面相”是遠遠不夠的。
在許多情況下，只是晶圓的正面經過充分的化學機械拋光。背面留下從粗糙或腐蝕到光亮的外觀。對於某些器件的使用，背面可能會受到特殊的處理導致晶體缺陷，稱為背損傷。背損傷產生位錯的生長輻射進入晶圓，這些位錯現象是陷阱，俘獲在製造工藝中引入的可移動金屬離子汙染。這個俘獲現象又稱為吸雜。背面噴沙是一種標準的技術，其他方法包括背面多晶層或氮化矽的沉積。
雙面拋光
對更大直徑晶圓的許多要求之一，是平整和平行的表面。許多300mm晶圓的製造採用了雙面拋光，以獲得區域性平整度在25mm*25mm測量面時小於0.25um到0.18um的規格要求。缺點是在後面工序中必須使用無劃傷和不汙染背面的操作技術。
晶圓評估
在包裝之前，需要根據使用者制定的一些引數對晶圓或樣品進行檢查。
主要的考慮因素是表面問題，如顆粒、汙染、霧。這些問題能夠用強光或自動檢查裝置來檢測出。
氧化
晶圓在發貨到客戶之前可以進行氧化。氧化層用以保護晶圓表面，防止在運輸過程中的劃傷和汙染。許多公司從氧化開始晶圓製造工藝，購買有氧化層的晶圓就節省了一個生產步驟。
包裝
儘管在生產高質量和潔淨的晶圓方面付出了許多努力，但從包裝方法本身來說，在運輸到客戶的過程中，這些品質會喪失或變差。
所以，對潔淨和保護性的包裝有非常嚴格的要求。包裝材料是無靜電、不產生顆粒的材料，並且裝置和操作工要接地，放掉吸引小顆粒的靜電。晶圓包裝要在淨化間裡進行。
晶圓型別和用途
這些過程是面向生產主晶圓的，它們是晶圓製造工藝生產的晶片和電路的主角，。此外，需要有不同型別的測試或監控晶圓。這些都是用來代替昂貴的黃金晶片的監測和評估的過程步驟的結果。這些是機械測試晶圓和工藝試驗晶圓。
機械測試晶圓被用作測試和驗證裝置的操作方面和處理系統。工藝試驗片與主晶圓透過工藝模組一起進入工藝步驟。主晶圓不能用於測試和控制一個單一的工藝步驟的結果。
晶圓回收
在工藝過程中有很多原因造成晶圓被廢棄，通常是因為不符合工藝規範，假設它們沒有被物理地損壞，則可以被回收作為測試晶圓使用。使用化學與化學機械拋光相結合的方法，去除晶圓的頂層和頂部附件層。這將產生一個新的晶圓表面以適合於測試晶圓的使用。去層後，回收晶圓將透過與主晶圓相同的晶圓清洗過程。