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从沙子到Wafer,都经历了哪些环节?

来源:中国闪存市场 编辑:Helan 更新:2018/5/29 19:36:02

为什么用沙子可以当原材料来制备晶圆?

选择沙子的主要原因是因为沙子的主要成分是SiO2,而半导体的原材料就是硅(Si),所以直接从沙子里面提取。先是沙子(SiO2)与碳在高温下(2000C)置换反应,生成硅和CO2。此时的硅为冶金级别的(MGS: Metallic Grade Silicon),也就是粗制的多晶硅。再经过多晶硅提纯,接下来用提纯的TCS与H2在1100C下反应,生成电子级别的(EGS: electric grade silicon)多晶硅和HCl,然后进行单晶硅的制作。

如何从硅锭到每一片硅片?

1. 切边/切槽:wafer都有个Notch (6寸是平边/flat),这个是在ingot做好的时候就要切好的。必须沿着<110>向切,所以Wafer规格上规定Notch orientation为110+/-1deg。notch的深度以及平边大小都是有SEMI M1规定的,6寸用的平边一般有两种47.5mm和57.5mm两种,取决你的机台。而8寸的wafer的notch都是统一的深度约1~1.25mm,角度~90deg,半径0.9mm等。

2. 切割硅锭(ingot)成wafer:采用了线切割(一次可以切很多片),刀子转动但硅锭/ingot只平移不做转动,因为内凹的刀口接触面积大,ingot不动的原因是怕刀口碰到notch。每片wafer的厚度由两个刀片之间的距离决定,一般4寸为525mm,5寸是625mm,6寸为675mm,8寸为725mm,12寸为775mm。

3. 倒角(Edge rounding):刚切好的wafer边缘一定是尖锐的柱状体,需要把它磨成圆的减少应力。转动wafer在一个固定的槽子里面磨就行,类似磨刀。

4. 抛光(Lapping):因为刚刚切下来的wafer,表面一定有很多损伤,而且表面粗糙,所以这一步类似CMP功效用slurry去磨平,所以wafer有时候也叫polish wafer。

5. 湿法蚀刻(wet etch):因为刚才的抛光还是机械的磨平,所以还是无法完全去除损伤,所以需要一步化学反应去除表面缺陷。主要用4:1:3的HNO3+HF+CH3COOH(醋酸)。硝酸氧化,HF吃SiO2。

6. 退火(Anneal):怕有晶格损伤,所以退火可以去除晶格损伤,一般用Ar气体,所以我们有时候看到我们的flow用Ar anneal的wafer。用Ar的原因是因为Ar是惰性气体不反应,不用H2的原因以前据说是会导致表面浓度发生变化。

到此硅晶圆就做完了。目前全球硅晶圆已集中在前五大供货商手中,包括信越半导体、胜高、台湾的环球晶、德国的Silitronic、南韩LG等,全球市占率达90%。

什么是wafer晶圆?

wafer晶圆由纯硅(Si)构成。一般分为6英寸、8英寸、12英寸规格不等。三星、东芝、西部数据、美光等采购硅晶圆制作成NAND Flash、DRAM晶圆,由于各家采用的纳米技术不同,所以生产出来的NAND Flash芯片在性能、成本等方面也有所差别。

制作成NAND Flash晶圆后,将Wafer切割成一个一个的晶片,专业用语称为Die,单颗Die的容量单位为Gbit,与芯片的单位Gbyte不同,因为1Byte=8 bit。

切割完成后,再经过测试,三星、东芝、西部数据、美光等会将Flash Die分为合格和不合格,测试合格的Flash Die进行封装,不合格的Downgrade Wafer是一些残留的边角料,原厂会做报废处理,也有很多以蓝膜Wafer的形式流到下游封装厂进行加工、回收利用,被称为黑片Ink Die,最后被一些小型厂商用于廉价的捆绑SD卡和U盘等产品中。

原厂将Good Die进行堆叠封装成不同NAND Flash芯片,然后再与控制芯片封装在一起,生产eMMC产品,eMCP则是将eMMC与LPDDR进行多芯片封装,然后用于手机、平板、智能盒子等终端产品中。SSD则是在PCBA板上贴一片或数片NAND Flash芯片,以及控制芯片或DRAM芯片而成,目前主要用于电脑、服务器领域。

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