晶圓、芯片概述以及晶圓與芯片有什么聯(lián)系？-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-04-28
晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓；在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能的集成電路產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并經(jīng)蒸餾后，制成了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%。
硅是由石英砂所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，經(jīng)過照相制版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圓。
晶圓是制造半導(dǎo)體芯片的基本材料，半導(dǎo)體集成電路最主要的原料是硅，因此對應(yīng)的就是硅晶圓。
硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造可以歸納為三個基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。
首先是硅提純，將沙石原料放入一個溫度約為2000 ℃，并且有碳源存在的電弧熔爐中，在高溫下，碳和沙石中的二氧化硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)（碳與氧結(jié)合，剩下硅），得到純度約為98%的純硅，又稱作冶金級硅，這對微電子器件來說不夠純，因為半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性對雜質(zhì)的濃度非常敏感，因此對冶金級硅進(jìn)行進(jìn)一步提純：將粉碎的冶金級硅與氣態(tài)的氯化氫進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，然后通過蒸餾和化學(xué)還原工藝，得到了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%，成為電子級硅。
接下來是單晶硅生長，最常用的方法叫直拉法（CZ法）。如下圖所示，高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約1400 ℃，爐中的氣體通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時又不會產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)。為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向：坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉(zhuǎn)，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長上去。
因此所生長的晶體的方向性是由籽晶所決定的，在其被拉出和冷卻后就生長成了與籽晶內(nèi)部晶格方向相同的單晶硅棒。用直拉法生長后，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行切割，然后進(jìn)行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡，晶圓片制造就完成了。
單晶硅棒的直徑是由籽晶拉出的速度和旋轉(zhuǎn)速度決定的，一般來說，上拉速率越慢，生長的單晶硅棒直徑越大。而切出的晶圓片的厚度與直徑有關(guān)，雖然半導(dǎo)體器件的制備只在晶圓的頂部幾微米的范圍內(nèi)完成，但是晶圓的厚度一般要達(dá)到1 mm，才能保證足夠的機械應(yīng)力支撐，因此晶圓的厚度會隨直徑的增長而增長。
晶圓制造廠把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆晶面取向確定的籽晶在熔融態(tài)的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經(jīng)過切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為集成電路工廠的基本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。
集成電路，縮寫作 IC；或稱微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）在電子學(xué)中是一種把電路（主要包括半導(dǎo)體設(shè)備，也包括被動組件等）小型化的方式，并時常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。
芯片制作完整過程包括芯片設(shè)計、晶片制作、封裝制作、測試等幾個環(huán)節(jié)，其中晶片制作過程尤為的復(fù)雜。
首先是芯片設(shè)計，根據(jù)設(shè)計的需求，生成的“圖樣”，芯片的原料是晶圓。
晶圓的成分是硅，硅是由石英沙所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，將其切片就是芯片制作具體所需要的晶圓。晶圓越薄，生產(chǎn)的成本越低，但對工藝就要求的越高。
晶圓涂膜
晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種。
晶圓光刻顯影、蝕刻
光刻工藝的基本流程如下圖所示。首先是在晶圓（或襯底）表面涂上一層光刻膠并烘干。烘干后的晶圓被傳送到光刻機里面。光線透過一個掩模把掩模上的圖形投影在晶圓表面的光刻膠上，實現(xiàn)曝光，激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)。對曝光后的晶圓進(jìn)行第二次烘烤，即所謂的曝光后烘烤，后烘烤是的光化學(xué)反應(yīng)更充分。最后，把顯影液噴灑到晶圓表面的光刻膠上，對曝光圖形顯影。顯影后，掩模上的圖形就被存留在了光刻膠上。
涂膠、烘烤和顯影都是在勻膠顯影機中完成的，曝光是在光刻機中完成的。勻膠顯影機和光刻機一般都是聯(lián)機作業(yè)的，晶圓通過機械手在各單元和機器之間傳送。整個曝光顯影系統(tǒng)是封閉的，晶圓不直接暴露在周圍環(huán)境中，以減少環(huán)境中有害成分對光刻膠和光化學(xué)反應(yīng)的影響。
摻加雜質(zhì)
將晶圓中植入離子，生成相應(yīng)的P、N類半導(dǎo)體。
晶圓測試
經(jīng)過上面的幾道工藝之后，晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進(jìn)行電氣特性檢測。
封裝
將制造完成晶圓固定，綁定引腳，按照需求去制作成各種不同的封裝形式，這就是同種芯片內(nèi)核可以有不同的封裝形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶的應(yīng)用習(xí)慣、應(yīng)用環(huán)境、市場形式等外圍因素來決定的。
測試、包裝
經(jīng)過上述工藝流程以后，芯片制作就已經(jīng)全部完成了，這一步驟是將芯片進(jìn)行測試、剔除不良品，以及包裝。
芯片是由N多個半導(dǎo)體器件組成 半導(dǎo)體一般有 二極管 三極管 場效應(yīng)管 小功率電阻 電感 電容等等。
就是在圓井中使用技術(shù)手段 改變 原子核的自由電子濃度改變原子多子（電子）或少子（空穴）是原子核產(chǎn)生正電荷或負(fù)電荷的物理特性 構(gòu)成各種半導(dǎo)體。
硅 鍺 是常用的半導(dǎo)體材料 他們的特性及材質(zhì)是容易大量并且成本低廉使用于上述技術(shù)的材料。
一個硅片中就是大量的半導(dǎo)體器件組成 當(dāng)然功能就是按需要將半導(dǎo)體組成電路而存在于硅片內(nèi) 封裝后就是IC了 集成電路。
這個要根據(jù)你的die的大小和wafer的大小以及良率來決定的。
目前業(yè)界所謂的6寸，12寸還是18寸晶圓其實就是晶圓直徑的簡稱，只不過這個吋是估算值。實際上的晶圓直徑是分為150mm，300mm以及450mm這三種，而12吋約等于305mm，為了稱呼方便所以稱之為12吋晶圓。
國際上Fab廠通用的計算公式：
一塊完整的wafer
名詞解釋：wafer 即為圖片所示的晶圓，由純硅（Si）構(gòu)成。一般分為6英寸、8英寸、12英寸規(guī)格不等，晶片就是基于這個wafer上生產(chǎn)出來的。Wafer上的一個小塊，就是一個晶片晶圓體，學(xué)名die，封裝后就成為一個顆粒。一片載有Nand Flash晶圓的wafer，wafer首先經(jīng)過切割，然后測試，將完好的、穩(wěn)定的、足容量的die取下，封裝形成日常所見的Nand Flash芯片。
那么，在wafer上剩余的，要不就是不穩(wěn)定，要不就是部分損壞所以不足容量，要不就是完全損壞。原廠考慮到質(zhì)量保證，會將這種die宣布死亡，嚴(yán)格定義為廢品全部報廢處理。
die和wafer的關(guān)系
品質(zhì)合格的die切割下去后，原來的晶圓就成了下圖的樣子，就是挑剩下的Downgrade Flash Wafer。
篩選后的wafer
這些殘余的die，其實是品質(zhì)不合格的晶圓。被摳走的部分，也就是黑色的部分，是合格的die，會被原廠封裝制作為成品NAND顆粒，而不合格的部分，也就是圖中留下的部分則當(dāng)做廢品處理掉。
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