半导体产业的基础:晶圆

何谓威化饼?

晶圆是指用于制造硅半导体集成电路的硅片。因为它是圆形的，所以被称为晶圆。晶圆是集成电路生产中使用的载体。一般来说，晶圆是指单晶硅晶圆。晶圆是最常用的半导体基材，根据直径分为4英寸、5英寸、6英寸和8英寸。晶圆越大，同一晶圆上可以生产的集成电路就越多，这可以降低成本。但对于较大的晶圆片，对材料工艺和生产工艺的要求更高。一般认为，硅片直径越大，晶圆厂的技术越好。在硅片的生产过程中，良率是一个非常重要的条件。

晶圆是制造计算机芯片的基础。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，我们就可以完成我们想要的形状(也就是想要的芯片)。然而，如果没有良好的基础，建成的房子就会变形，不能令人满意。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，这种基板就是下面描述的晶圆。

我记得小时候玩乐高积木的时候，积木表面会有小的圆形突起。有了这种结构，我们就可以不使用胶水就能稳定地将两块积木堆叠在一起。晶圆制造以类似的方式将随后添加的原子与基板结合在一起。因此，我们需要找到表面整齐的基材，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，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，要生产这样一种材料，主要有两个步骤，提纯和拉晶。

如何制作单晶圆片?

净化分为两个阶段。第一步是冶金提纯。该工艺主要是向氧化硅中添加碳，通过氧化还原将其转化为纯度超过98%的硅。大多数金属(如铁或铜)的精炼都是这样进行的，以获得足够纯度的金属。然而，98%对于晶圆制造来说仍然不够，仍需进一步提高。因此，将采用西门子工艺进行进一步提纯，从而获得半导体工艺所需的高纯度多晶硅。

接下来是拉晶体的步骤。将先前获得的高纯多晶硅熔炼成液态硅。在此之后，单晶硅种子接触液体表面，并在旋转的同时被缓慢拉起。需要单晶硅种子来启动晶体生长过程中硅原子在晶体上的排列顺序。最后，离开液体的硅原子在晶体表面凝固后，就完成了排列整齐的单晶硅柱。

然而，8英寸和12英寸代表什么?这是指晶体柱完成后的直径。做大晶圆有多难?如前所述，晶体上的积累就像制作棉花糖的过程。随着中心的旋转，将添加多层，直到得到所需的直径。如果你做过棉花糖，你就会发现，随着核心的增大，你就很难做出统一的最终产品。对于水晶的拉动，也是一样的。旋转的速度、温度的控制都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就越高，因此制造高质量的12英寸晶圆比8英寸晶圆更难。

为了获得晶圆，这个硅支柱现在需要被切成薄片。使用金刚石刀将硅柱横向切割成晶圆，然后对晶圆表面进行抛光，形成最终完成的晶圆。一旦晶圆衬底完成，下一步将电路堆叠到晶圆上将完成芯片制造。