半導體集成電路和晶圓有何關(guān)系?
半導體集成電路是將很多元件集成到一個(gè)芯片內, 以處理和儲存各種功能的電子部件。由于半導體集 成電路是通過(guò)在晶圓的薄基板上制造多個(gè)相同電路而產(chǎn)生的,因此晶圓是半導體的基礎,就像制作披 薩時(shí)添加配料之前先做面團一樣。 半導體集成電路是將許多元件集成到一個(gè)芯片中以 處理和存儲各種功能的電子組件。 晶圓是指將硅(Si)、砷化鎵(GaAs)等生成的單 晶柱切成薄片的圓盤(pán)。大部分晶圓都是由沙子中提 取的硅制成的。地球上有大量的硅,可以穩定供應, 并且硅具有無(wú)毒、環(huán)保的特點(diǎn)。
第一階段
制造錠(Ingot)
為了將從沙子中提取的硅作為半導體材料使 用,首先需要經(jīng)過(guò)提高純度的提純工序。將硅 原料高溫溶解,制造高純度的硅溶液,并使其 結晶凝固。這樣形成的硅柱叫做錠(Ingot)。 用于半導體中的錠采用了數納米(nm)微細 工藝,是超高純度的硅錠。
第二階段
綻切割成薄晶圓(Wafer Slicing)
為了將圓陀螺模樣的鏡制成圓盤(pán)狀的晶圓,需 要使用金剛石鋸將其切成均勻厚度的薄片。 的直徑?jīng)Q定了晶圓的尺寸。晶圓的尺寸有 150mm(6英寸)、200mm(8 英寸)、300mm (12 英寸)等等。晶圓越薄,制造成本越低, 直徑越大,一次可生產(chǎn)的半導體芯片數量就越 多,因此圓的厚度和大小呈逐漸變薄和擴大的 趨勢。
第三階段
晶圓表面拋光 (Lapping&Polishing)
切割后的晶圓需要進(jìn)行加工,以使其像鏡子一 樣光滑。這是因為剛切割后的晶圓表面有瑕疵 且粗糙,可能會(huì )影響電路的精密度,因此需要 使用拋光液和拋光設備將晶圓表面研磨光滑。 加工前的晶圓就像處于沒(méi)有穿衣服的狀態(tài)一 樣,所以叫做裸晶圓(Bare wafer)。經(jīng)過(guò)物理、 化學(xué)多個(gè)階段的加工后,可以在表面形成 IC。 經(jīng)過(guò)加工階段后,會(huì )成為如下形狀。
1. 晶圓(Wafer): 晶圓圓是半導體集成電路的核心材料,是一種圓形的板。
2. 晶粒(Die): 很多四邊形都聚集在圓形晶圓上。 這些四邊形都是集成電子電路的 IC芯片。
3. 分割線(xiàn)(Scribe Line): 看上去各個(gè)晶粒像是 粘在一起,但實(shí)際上晶粒和晶粒之間具有一定的間隙。該間距稱(chēng)為分割線(xiàn)。在晶粒和晶粒之間設 置分割線(xiàn)的是為了在晶圓加工完成后將這些晶粒一個(gè)個(gè)割斷,然后組裝成芯片,也是為了留出用金剛石鋸切割的空間。
4. 平坦區(Flat Zone): 平坦區是為區分晶圓結 構而創(chuàng )建的區域,是晶圓加工的標準線(xiàn)。由于晶圓的晶體結構非常精細并且無(wú)法用肉眼判斷,因 此以這個(gè)平坦區為標準來(lái)判斷晶圓的垂直和水平。
5. 凹槽(Notch): 如今也出現了具有凹槽的晶 圓。和平坦區晶圓相比,凹槽晶圓可以制造更多的晶粒,因此效率很高。
半導體產(chǎn)業(yè)包括生產(chǎn)晶圓的晶圓產(chǎn)業(yè)以及以晶圓為材料設計和制造的晶圓加工產(chǎn)業(yè)——制造行業(yè) (Fabrication, FAB)。另外,還有組裝產(chǎn)業(yè),它將 加工過(guò)的晶圓切割成晶粒,并包裝好以防止受潮或受壓。
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