晶圓的概念

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%。

晶圓的制造過程

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(gè)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(gè)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?yàn)榘雽?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。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℃，爐中的空氣通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時(shí)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(shí)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(jī)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1mm，才能保證足夠的機(jī)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”。

晶圓的基本原料

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。

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。

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(gè)門檻，這五家在未來五年的時(shí)間中，將會因?yàn)樾录夹g(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。