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【江西硅灰石】晶圆为什么是圆的?不是方的?
  • 来源:未知
  • 作者:admin
  • 发布时间:2020-02-22 15:50
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晶圆(英语:Wafer)是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片,是生产集成电路(integrated circuit,IC)所用的载体。而我们现实中比较常见到的硅晶片就要数电脑CPU和手机芯片啦!于是,茶余饭后就有很多小白和吃瓜群众们心生疑问“晶圆为什么是圆的而不是方的呢?”
 
什么是晶圆?
 
在半导体行业,尤其是集成电路领域,晶圆的身影随处可见。晶圆就是一块薄薄的、圆形的高纯硅晶片,而在这种高纯硅晶片上可以加工制作出各种电路元件结构,使之成为有特定电性功能的IC产品。小伙伴或许在新闻中见过晶圆,通常他们是下图的样子。
 
制作工艺决定了它是圆形的
 
对于晶圆来说,其主要成分就是单晶硅。而硅在地球上的存量十分丰富,我们随手在地上抓一把砂子里面的主要成分就是二氧化硅。氧化硅矿石经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达99.999999999%。
 
由于提纯往后的高纯度多晶硅是在一个子晶(seed)上旋转成长出来的。多晶硅被消融后放入一个坩埚(Quartz Crucible)中,再将子晶放入坩埚中匀速转动并且向上提拉,则熔融的硅会沿着子晶向长成一个圆柱体的硅锭(ingot)。这种办法就是现在一向在用的CZ法(Czochralski),也叫单晶直拉法。
 
然后硅锭在通过金刚线切割变成硅片:
 
再通过打磨等等处理后就能够进行后续的工序了。
 
为什么晶圆是圆形的呢?其实,就是因为这种特殊的工艺所致。单晶直拉法工艺中的旋转提拉决定了硅锭的圆柱型,所以在进行切割后大多也都是圆形。
 
严格意义上晶圆都不是圆形的
 
假如你细心看晶圆的细节图,你也会发现它其实是有缺一个小口的。由下图可见,其实晶圆有些时候也并非是纯粹的圆形,而会带有一些统一的缺口和棱角。这主要是为了方便让设备对于晶圆进行定位的,只有这样在进行CPU内核的制作和切割的时候才更好确定方向。其实晶圆在整个芯片的制造中还仅仅是作为“地基”而存在的,紧接着就好像是用乐高堆积木一样用遮盖的方式一层一层的将积体电路堆叠组合起来。
 
 
在整个过程中会应用到很多技术,比如:金属溅镀、涂布光阻、蚀刻技术、光阻去除等,由于太过专业在这里就不再赘述。会在一整块晶圆上完成许多IC芯片,我们只需要把它们完整地切割下来即可。然后进行封装、测试,最后就可以出厂使用。
 
严格意义上一切的Wafer都不是圆形的,假如忽略那些小缺口和棱角这些小问题,那它的圆形是工艺决议的。自2012年以来,我国集成电路产业以年均20%以上的速度快速增长,2018年全行业销售额6532亿元,技术水平也不断提高。中国半导体行业协会副理事长于燮康表示,集成电路产业是支持经济社会发展的基础性、先导性产业,也是全球性的产业,需要全球上下游产业链分工合作。中国集成电路市场在全球份额中仍在不断增加。当前全球人工智能快速发展,集成电路产业创新不断,国际化发展趋势越发凸显。