一、晶圓概念

 

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之IC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%。

 

 

二、晶圓基本原料

 

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。

 

三、晶圓尺寸的概念

 

晶圓是原材料加工上的稱呼，PCB主板上插接件如CPU、二極管等都是由晶圓加工而來的。目前市面上出現(xiàn)的晶圓直徑是分為150mm，300mm以及450mm這三種，晶圓切割成好多小Die后，形狀不一的正方形、長方形等都有的。

 

 

四、晶圓尺寸越大越好嗎

 

英特爾高層說，目前晶圓片企業(yè)有五家，生產(chǎn)的是12英寸的晶圓片，到了下一代18英寸的晶圓片生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)后，建造晶圓片廠的成本就會大大提高，100億美元將是一個門檻，這五家在未來五年的時間中，將會因為新技術(shù)和成本的淘汰機(jī)制，只剩下兩家。單晶硅的外緣尺寸越大，說明工藝水平越高。現(xiàn)在一般晶圓規(guī)格都是8英寸以上。另外越大的晶圓工藝一致性越差且越大的晶圓工藝設(shè)備成本越高。

 

五、如何制造單晶的晶圓

 

純化分成兩個階段，第一步是冶金級純化，此一過程主要是加入碳，以氧化還原的方式，將氧化硅轉(zhuǎn)換成 98% 以上純度的硅。大部份的金屬提煉，像是鐵或銅等金屬，皆是采用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是，98% 對于芯片制造來說依舊不夠，仍需要進(jìn)一步提升。因此，將再進(jìn)一步采用西門子制程(Siemens process)作純化，如此，將獲得半導(dǎo)體制程所需的高純度多晶硅。

 

 

接著，就是拉晶的步驟。首先，將前面所獲得的高純度多晶硅融化，形成液態(tài)的硅。之后，以單晶的硅種(seed)和液體表面接觸，一邊旋轉(zhuǎn)一邊緩慢的向上拉起。至于為何需要單晶的硅種，是因為硅原子排列就和人排隊一樣，會需要排頭讓后來的人該如何正確的排列，硅種便是重要的排頭，讓后來的原子知道該如何排隊。最后，待離開液面的硅原子凝固后，排列整齊的單晶硅柱便完成了。

 

 

然而，8寸、12寸又代表什么東西呢?他指的是我們產(chǎn)生的晶柱，長得像鉛筆筆桿的部分，表面經(jīng)過處理并切成薄圓片后的直徑。至于制造大尺寸晶圓又有什么難度呢?如前面所說，晶柱的制作過程就像是在做棉花糖一樣，一邊旋轉(zhuǎn)一邊成型。有制作過棉花糖的話，應(yīng)該都知道要做出大而且扎實的棉花糖是相當(dāng)困難的，而拉晶的過程也是一樣，旋轉(zhuǎn)拉起的速度以及溫度的控制都會影響到晶柱的品質(zhì)。也因此，尺寸愈大時，拉晶對速度與溫度的要求就更高，因此要做出高品質(zhì) 12 寸晶圓的難度就比 8 寸晶圓還來得高。

 

只是，一整條的硅柱并無法做成芯片制造的基板，為了產(chǎn)生一片一片的硅晶圓，接著需要以鉆石刀將硅晶柱橫向切成圓片，圓片再經(jīng)由拋光便可形成芯片制造所需的硅晶圓。經(jīng)過這么多步驟，芯片基板的制造便大功告成，下一步便是堆疊房子的步驟，也就是芯片制造。