晶圓的概念

晶圓(yuan)是指硅(gui)半導體集成電(dian)(dian)路制作所用的硅(gui)晶片，由于其形狀(zhuang)為圓(yuan)形，故稱(cheng)為晶圓(yuan)。在硅(gui)晶片上可加工制作成各種(zhong)電(dian)(dian)路元件(jian)結構，而成為有特定電(dian)(dian)性功能之(zhi)IC產品。晶圓(yuan)的原始(shi)材料是硅(gui)，而地殼表面有用之(zhi)不竭的二(er)氧(yang)化(hua)硅(gui)。

晶圓的制造過程

晶圓是制造半(ban)導(dao)體芯片的(de)基本材料(liao)，半(ban)導(dao)體集成電(dian)路最主要的(de)原料(liao)是硅，因此對(dui)應(ying)的(de)就是硅晶圓。

硅(gui)在(zai)自然界中以(yi)硅(gui)酸鹽或二氧化硅(gui)的形式廣泛存在(zai)于巖石、砂礫中，硅(gui)晶(jing)圓(yuan)的制造可以(yi)歸納(na)為(wei)三(san)個基本(ben)步驟(zou)：硅(gui)提(ti)煉及提(ti)純、單晶(jing)硅(gui)生長、晶(jing)圓(yuan)成(cheng)型(xing)。

首先(xian)是硅(gui)(gui)(gui)提純(chun)，將(jiang)沙石(shi)原料放入一(yi)個溫度(du)約為(wei)2000℃，并且(qie)有碳源存在的(de)(de)電(dian)弧熔爐中(zhong)，在高(gao)溫下，碳和沙石(shi)中(zhong)的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)硅(gui)(gui)(gui)進(jin)(jin)行化(hua)學反應(ying)（碳與(yu)氧(yang)(yang)結合，剩下硅(gui)(gui)(gui)），得(de)到純(chun)度(du)約為(wei)98%的(de)(de)純(chun)硅(gui)(gui)(gui)，又稱作(zuo)冶(ye)金(jin)級(ji)硅(gui)(gui)(gui)，這對(dui)微電(dian)子器(qi)件(jian)來說(shuo)不(bu)夠純(chun)，因(yin)為(wei)半導體材料的(de)(de)電(dian)學特(te)性對(dui)雜質(zhi)的(de)(de)濃度(du)非常(chang)敏感，因(yin)此對(dui)冶(ye)金(jin)級(ji)硅(gui)(gui)(gui)進(jin)(jin)行進(jin)(jin)一(yi)步提純(chun)：將(jiang)粉碎的(de)(de)冶(ye)金(jin)級(ji)硅(gui)(gui)(gui)與(yu)氣態的(de)(de)氯(lv)化(hua)氫(qing)進(jin)(jin)行氯(lv)化(hua)反應(ying)，生(sheng)成液態的(de)(de)硅(gui)(gui)(gui)烷，然后通過蒸(zheng)餾和化(hua)學還原工藝，得(de)到了高(gao)純(chun)度(du)的(de)(de)多(duo)晶硅(gui)(gui)(gui)，其純(chun)度(du)高(gao)達99.999999999%，成為(wei)電(dian)子級(ji)硅(gui)(gui)(gui)。

接下來是單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)生(sheng)(sheng)長(chang)，最常用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)方(fang)法叫(jiao)直(zhi)(zhi)拉(la)法。如下圖(tu)所示(shi)，高(gao)純度的(de)(de)多(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)放在(zai)(zai)(zai)石英坩(gan)堝中(zhong)，并(bing)用(yong)(yong)(yong)外面(mian)圍繞(rao)著(zhu)的(de)(de)石墨加熱(re)器不(bu)斷(duan)加熱(re)，溫度維(wei)持在(zai)(zai)(zai)大約1400℃，爐中(zhong)的(de)(de)空氣(qi)(qi)通常是惰(duo)性氣(qi)(qi)體，使多(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)熔化(hua)，同(tong)時又(you)不(bu)會(hui)產生(sheng)(sheng)不(bu)需要的(de)(de)化(hua)學反應。為了(le)形(xing)成(cheng)單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)，還需要控(kong)制(zhi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)方(fang)向：坩(gan)堝帶(dai)著(zhu)多(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)熔化(hua)物在(zai)(zai)(zai)旋(xuan)轉(zhuan)，把一(yi)(yi)顆籽(zi)(zi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)浸入其(qi)(qi)中(zhong)，并(bing)且由拉(la)制(zhi)棒(bang)帶(dai)著(zhu)籽(zi)(zi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)作反方(fang)向旋(xuan)轉(zhuan)，同(tong)時慢慢地、垂直(zhi)(zhi)地由硅(gui)(gui)熔化(hua)物中(zhong)向上(shang)拉(la)出。熔化(hua)的(de)(de)多(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)會(hui)粘在(zai)(zai)(zai)籽(zi)(zi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)底(di)端，按籽(zi)(zi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)排列的(de)(de)方(fang)向不(bu)斷(duan)地生(sheng)(sheng)長(chang)上(shang)去。因此(ci)所生(sheng)(sheng)長(chang)的(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)方(fang)向性是由籽(zi)(zi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)所決(jue)定的(de)(de)，在(zai)(zai)(zai)其(qi)(qi)被拉(la)出和冷卻后就(jiu)生(sheng)(sheng)長(chang)成(cheng)了(le)與籽(zi)(zi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)內部晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)格(ge)方(fang)向相同(tong)的(de)(de)單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)棒(bang)。用(yong)(yong)(yong)直(zhi)(zhi)拉(la)法生(sheng)(sheng)長(chang)后，單晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)棒(bang)將按適(shi)當的(de)(de)尺寸進(jin)行切割(ge)，然后進(jin)行研磨(mo)(mo)，將凹凸(tu)的(de)(de)切痕磨(mo)(mo)掉，再用(yong)(yong)(yong)化(hua)學機(ji)械拋光工(gong)藝使其(qi)(qi)至少一(yi)(yi)面(mian)光滑如鏡，晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)圓片制(zhi)造(zao)就(jiu)完(wan)成(cheng)了(le)。

單晶(jing)硅棒的(de)直(zhi)徑(jing)是由籽晶(jing)拉出的(de)速(su)(su)度和旋轉速(su)(su)度決(jue)定的(de)，一般來(lai)說(shuo)，上拉速(su)(su)率(lv)越慢，生長(chang)(chang)的(de)單晶(jing)硅棒直(zhi)徑(jing)越大。而切出的(de)晶(jing)圓(yuan)片(pian)的(de)厚(hou)度與直(zhi)徑(jing)有關，雖然半導體器件的(de)制備(bei)只在(zai)晶(jing)圓(yuan)的(de)頂(ding)部幾(ji)微米的(de)范圍內完成，但是晶(jing)圓(yuan)的(de)厚(hou)度一般要達到(dao)1mm，才能保證足夠的(de)機械應力支撐(cheng)，因此晶(jing)圓(yuan)的(de)厚(hou)度會隨(sui)直(zhi)徑(jing)的(de)增(zeng)長(chang)(chang)而增(zeng)長(chang)(chang)。

晶(jing)(jing)(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)制造廠把這些(xie)多(duo)晶(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)融(rong)解，再(zai)在融(rong)液里種入(ru)籽晶(jing)(jing)(jing)(jing)，然后(hou)將其慢慢拉出，以形成(cheng)圓(yuan)(yuan)柱狀的(de)(de)單晶(jing)(jing)(jing)(jing)硅(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)棒，由于硅(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)棒是由一顆(ke)晶(jing)(jing)(jing)(jing)面取向(xiang)確定的(de)(de)籽晶(jing)(jing)(jing)(jing)在熔融(rong)態的(de)(de)硅(gui)原(yuan)料(liao)中逐漸生成(cheng)，此過程稱為(wei)“長晶(jing)(jing)(jing)(jing)”。硅(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)棒再(zai)經過切段(duan)，滾(gun)磨，切片，倒角，拋光，激(ji)光刻，包(bao)裝后(hou)，即(ji)成(cheng)為(wei)集成(cheng)電(dian)路(lu)工廠的(de)(de)基(ji)本原(yuan)料(liao)——硅(gui)晶(jing)(jing)(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)片，這就是“晶(jing)(jing)(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)”。

晶圓的基本原料

硅(gui)(gui)(gui)是(shi)由石英砂(sha)所(suo)精練(lian)出來的，晶(jing)圓便是(shi)硅(gui)(gui)(gui)元素加(jia)以純(chun)化（99.999%），接(jie)著是(shi)將這些(xie)純(chun)硅(gui)(gui)(gui)制成硅(gui)(gui)(gui)晶(jing)棒，成為制造集(ji)成電(dian)路的石英半導體的材料，經過照相制版，研磨(mo)，拋(pao)光，切片(pian)等(deng)程(cheng)序，將多晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)融解拉出單晶(jing)硅(gui)(gui)(gui)晶(jing)棒，然(ran)后切割(ge)成一(yi)片(pian)一(yi)片(pian)薄(bo)薄(bo)的晶(jing)圓。

硅片的定義

硅片是制作(zuo)晶(jing)體(ti)管(guan)和(he)集(ji)成(cheng)(cheng)電路的(de)(de)(de)原料。一般是單(dan)晶(jing)硅的(de)(de)(de)切片。硅片，是制作(zuo)集(ji)成(cheng)(cheng)電路的(de)(de)(de)重要材料，通過對硅片進行光(guang)刻、離子注(zhu)入等手段，可以制成(cheng)(cheng)各(ge)種半導體(ti)器件。用(yong)硅片制成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)芯片有著驚人(ren)的(de)(de)(de)運(yun)算能力。科學技(ji)術的(de)(de)(de)發展不斷推(tui)動著半導體(ti)的(de)(de)(de)發展。自動化(hua)和(he)計(ji)算機(ji)等技(ji)術發展，使硅片（集(ji)成(cheng)(cheng)電路）這種高技(ji)術產品的(de)(de)(de)造(zao)價(jia)已(yi)降到(dao)十分低廉的(de)(de)(de)程度。

硅片的規格

硅(gui)片規格(ge)有多種分類方(fang)法(fa)(fa)，可以按照硅(gui)片直徑、單晶生長(chang)方(fang)法(fa)(fa)、摻雜(za)類型(xing)等(deng)參(can)量和(he)用途(tu)來(lai)劃(hua)分種類。

按硅片直徑劃分：

硅片(pian)直徑(jing)主要有(you)3英(ying)(ying)寸、4英(ying)(ying)寸、6英(ying)(ying)寸、8英(ying)(ying)寸、12英(ying)(ying)寸（300mm），目(mu)前已發展到18英(ying)(ying)寸（450mm）等規格。直徑(jing)越(yue)大(da)，在一(yi)個硅片(pian)上(shang)經一(yi)次工藝循環(huan)可制作的集成電路(lu)芯(xin)片(pian)數就越(yue)多，每個芯(xin)片(pian)的成本也就越(yue)低。因此，更大(da)直徑(jing)硅片(pian)是硅片(pian)制各技術(shu)的發展方向(xiang)。但(dan)硅片(pian)尺寸越(yue)大(da)，對(dui)微電子工藝設各、材料和技術(shu)的要求也就越(yue)高。

按單晶生長方法劃分：

直(zhi)拉法(fa)(fa)制各(ge)的(de)單(dan)(dan)晶(jing)硅，稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)CZ硅（片(pian)）;磁控直(zhi)拉法(fa)(fa)制各(ge)的(de)單(dan)(dan)晶(jing)硅，稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)MCZ硅（片(pian)）;懸(xuan)浮(fu)區熔法(fa)(fa)制各(ge)的(de)單(dan)(dan)晶(jing)硅，稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)FZ硅（片(pian)）;用外延法(fa)(fa)在單(dan)(dan)晶(jing)硅或其他單(dan)(dan)晶(jing)襯底上生長硅外延層，稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)外延（硅片(pian)）。

硅片和晶圓的區別

未(wei)切割的單晶(jing)硅材(cai)料是(shi)一種薄型圓片叫晶(jing)圓片，是(shi)半(ban)導體行業的原材(cai)料，割后(hou)叫硅片，通過對硅片進行光(guang)刻、離(li)子注入等手段，可(ke)以制(zhi)成各種半(ban)導體器件。