理研计器|半导体工艺全流程之晶圆工艺

每个半导体产品的制造都需要数百个工艺，将整个制造过程分为八个步骤：晶圆加工-氧化-光刻-刻蚀-薄膜沉积-外延生长-扩散-离子注入。

为帮助大家了解和认识半导体及相关工艺，我们将每期推送微信文章，为大家逐一介绍上述每个步骤。今天小理就来为大家深入浅出地讲解半导体工艺的第一个故事——“晶片工艺”。

制造晶片所需的材料：硅Silicon

随着科技的不断发展，智能化、信息化已经成为我们生活中不可或缺的一部分。而芯片作为电子信息产业的基础，其在电子信息产业中的重要性不言而喻。而芯片的制造过程中，硅原材料则起到了至关重要的作用。

制造晶片需要硅，是芯片制造的基础原料之一，硅不仅在地球上非常丰富，因为它无毒所以对环保方面也非常优越。

你听说过半导体集成电路（Semiconductor Intergrated Circuit）吗？半导体集成电路是指把很多元件集成在一个芯片里的电子元件，它是用来处理和存储各种功能的。而“晶圆Wafer”是指制造集成电路的基础。晶片大部分是从沙子中提取的硅，就是硅（Si）生长而成的单晶柱，然后以适当厚度将其切成圆薄片。

晶片工艺全过程

虽然大家也看过很多关于半导体制造工艺类的文章，但是对于非科班出身的技术小白来讲，纯文字的术语概念理解起来还是十分模糊，下面就用图文简单科普一下晶片工艺的过程！  图片第一步：对晶硅堆叠
首先将多晶硅和掺杂剂放入单晶炉内的石英坩埚中，将温度升高至1000多度，得到熔融状态的多晶硅。

第二步：锭生长
硅锭生长是一个将多晶硅制成单晶硅的工序，将多晶硅加热成液体后，精密控制热环境，成长为高品质的单晶。

单晶生长：待多晶硅溶液温度稳定之后，将籽晶缓慢下降放入硅熔体中（籽晶在硅融体中也会被熔化），然后将籽晶以一定速度向上提升进行引晶过程。随后通过缩颈操作，将引晶过程中产生的位错消除掉。当缩颈至足够长度后，通过调整拉速和温度使单晶硅直径变大至目标值，然后保持等径生长至目标长度。最后为了防止位错反延，对单晶锭进行收尾操作，得到单晶锭成品，待温度冷却后取出。

第三步：磨锭及切割

由于在拉单晶的过程中，对于单晶硅棒的直径控制较难，所以为了得到标准直径的硅棒，比如6寸，8寸，12寸等等。在拉单晶后会将硅锭直径滚磨，滚磨后的硅棒表面光滑，并且在尺寸误差上更小。 

第四步：线锯

采用先进的线切割工艺，将单晶晶棒通过切片设备切成合适厚度的硅片。

第五步：磨边

由于硅片的厚度较小，所以切割后的硅片边缘非常锋利, 磨边的目的就是形成光滑的边缘，并且在以后的芯片制造中不容易碎片。

第六步：研磨

LAPPING是在沉重的选定盘和下晶盘之间加入晶片后，与研磨剂一起施加压力旋转，使晶片变得平坦。 

第七步：蚀刻

蚀刻是去除晶片表面加工损伤的工序，通过化学溶液溶解因物理加工而受损的表层。

第八步：双面研磨

双面研磨是一种使晶片更平坦的工艺，去除表面的小突起。

第九步：快速热处理

RTP是一种在几秒钟内快速加热晶片的过程，使得晶片内部得点缺陷均匀，抑制金属杂质，防止半导体异常运转。

第十步：抛光

抛光是通过表面精密加工最终确保表面工整度的工艺，使用抛光浆与抛光布，搭配适当的温度，压力与旋转速度，可消除前制程所留下的机械伤害层，并且得到表面平坦度极佳的硅片。 

第十一步：清洁

洗净的目的在于去除硅片经过抛光后表面残留的有机物、颗粒、金属等，以确保硅片表面的洁净度，使之达到后道工序的品质要求。 

第十二步：检查

平坦度&电阻率测试仪对抛光洗净后的硅片进行检测，确保抛光后硅片厚度、平坦度、局部平坦度、弯曲度、翘曲度、电阻率等符合客户需求。 

第十三步：粒子计数

PARTICLE COUNTING是精密检查晶片表面的工序，通过激光散射方式测定表面缺陷和数量。  

第十四步：EPI增长

EPI GROWING是在经过研磨的硅晶片上用气相化学沉积法生长高品质硅单晶膜的工序。

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工艺流程中涉及的气体包含不限于：
1. HCl用于氧化；

2. H2用于还原；

3. 氩气用于维持惰性隔绝环境，避免气体杂质留存；

4. Cl2、HCl、三氯乙烷TCA或二氯乙烯DCE用于控制离子侵入氧化层，去除不必要的金属杂质，清洗用途；

5. SiH4、SiHCl2、SiHCl4、SiCl4、TEOS、NH3、N2O、WF6、H2、O2、NF3等等用于形成CVD膜；

6. CF4、SF4、C2F6、NF3用于硅片蚀刻；

7. 氟基Cl2和溴基Br2、HBr气体用于改进气体、提高各向异性和选择性；

8.CCl4、Cl2、BCl3等用于铝和金属复合层的刻蚀；

9. 三价掺杂气体B2H6、BBr3、BF3等用于P型半导体的掺杂；

10. 五价掺杂气体PH3、POC13、AsH3、SbC15等用于N型半导体的掺杂；

这些气体一旦发生泄漏，不仅影响正常的生产活动，而且也会对身体产生极大的伤害。

半导体行业危险气体检测方案
半导体行业在生产、制造、工艺等方面会涉及产生易燃易爆、有毒有害性的气体。作为半导体制造工厂气体的使用者，每一位工作人员都应该在使用前对各种危险气体的安全数据加以了解，并且应该知道如何应对这些气体外泄时的紧急处理程序。

在半导体行业生产、制造及储存等过程中，为了避免这些危险气体的泄露导致的生命财产损失，需要安装气体检测仪器，来对目标气体进行检测。

气体检测仪在现今半导体工业已成为必备的环境监控仪器，也是最为直接的监测工具。

理研计器一直关注半导体制造行业的安全发展，以为人们营造安全的工作环境为使命，潜心开发适用于半导体行业的气体传感器，针对用户遇到的各种问题，提供合理的解决方案，不断升级产品功能，优化系统。

6月29日-7月01日，上海新国际博览中心举办的“SEMICON China 2023上海国际半导体展览会”，理研计器将在E7423展位为大家带来新产品新方案，届时将更好地为半导体工厂气体安全作出贡献。

上海新国际博览中心E7423展位号，

非常欢迎大家来到展位现场参观和洽谈，

我们会有专业团队与您面对面沟通解答！

敬请期待！

结语

半导体制造业被美国Factory Mutual System(FMS)列为”极高风险”的行业。主要是因为它在制程中要使用到极高毒性，腐蚀性及易燃性气体，气体检测系统一直是半导体芯片厂厂务各系统中最重要环节之一，设计上的优劣会直接影响到整个厂的安全，同时作为使用仪器的工厂安全人员也应该具备气体检测的安全意识。

安全生产是关系人民群众生命财产安全的大事，是经济社会协调发展的标志。在生产过程中，通过安装气体检测报警装置，时刻检测有毒有害气体泄漏浓度，将风险隐患控制在源头。
理研计器拥有600多种气体传感器和100多种气体探测器。未来，我们仍将不断开发新产品、研发各项新功能，使得气体检测仪在应用上更先进、更适合日新月异的市场环境，致力于为用户提供一个可靠、准确、安全的气体检测方案。

理研计器必将在未来气体产业的生命安全画卷中，添上浓墨重彩的一笔，守护人们的幸福生活，为生产和生活不断创造新价值！为用户选配适合原理的检测仪，用成熟的工艺完善气体检测系统。