半导体工业的基础:什么是晶圆?

何谓晶圆?

晶圆是制造各种计算机芯片的基础。我们可以把芯片制造比作用乐高积木盖房子，通过一层一层的堆叠，我们可以完成我们想要的形状(也就是说，各种芯片)。然而，如果没有良好的基础，建造的房子将是弯曲的和不令人满意的。为了建造一个完美的房子，需要一个稳定的底板。对于晶圆制造，此基板就是接下来描述的晶圆。

首先，回想一下我小时候玩乐高积木的时候，积木的表面会有一个小的圆形突起。有了这种结构，我们就可以不使用胶水而稳定地把两块积木叠在一起。以类似的方式，晶圆制造将随后添加的原子与基板保持在一起。因此，我们需要找到表面整洁的基材，以满足后续制造所需的条件。

在固体材料中，有一种特殊的晶体结构——单晶。它具有原子一个接一个紧密排列的特性，可以形成一个平坦的原子表面。因此，使用单晶制作晶圆可以满足上述要求。然而，如何生产这样的材料，主要有两个步骤，即净化和拉晶，之后才能完成这样的材料。

如何制作单晶晶圆片

净化过程分为两个阶段。第一步是冶金净化。该工艺主要是添加碳，通过氧化还原的方法将氧化硅转化为纯度在98%以上的硅。大多数金属的提炼，如铁或铜，都是用这种方法来获得足够纯度的金属的。然而，98%对于晶圆制造来说仍然是不够的，还需要进一步提高。因此，将使用西门子工艺进行进一步净化，从而获得半导体工艺所需的高纯多晶硅。

接下来就是拉晶体的步骤。首先，将先前获得的高纯多晶硅熔融形成液态硅。之后，单晶硅种子接触液体表面，并在旋转过程中缓慢向上拉。至于为什么需要单晶硅种子，是因为硅原子的排列方式和人的排队方式是一样的，需要排在最前面，才能让后面的人正确排列。最后，离开液体表面的硅原子凝固后，排列整齐的单晶硅柱就完成了。

然而，8英寸和12英寸代表什么?实际上，它指的是晶体柱。做大的晶圆有多难?如前所述，晶体柱的生产过程就像制作棉花糖，是在旋转的过程中形成的。任何做过棉花糖的人都应该知道，要做出又大又结实的棉花糖是相当困难的，拉晶体的过程也是一样的。旋转的速度和温度的控制会影响结晶柱的质量。因此，尺寸越大，对拉晶的速度和温度要求越高，所以制作高质量的12寸晶圆比8寸晶圆更难。

然而，整个硅柱不能用作晶圆制造的基板。为了逐一生成硅晶圆，用金刚石刀将硅柱横向切割成晶圆，再将晶圆打磨成晶圆。制造所需的硅晶圆。经过这么多步骤，晶圆基板的制作就完成了，下一步就是叠屋的步骤，也就是晶圆制作。