IC是方的晶圆却做成圆的 这不浪费材料么

 IC是方的晶圆却做成圆的 这不浪费材料么

最近看到台积电的3nm晶圆厂确定选址在台湾南部科学工业园区台南园区的消息,报道中的一张贴图引起了老wu的兴趣。

图片显示的是台积电的工作人员手捧晶圆的照片,晶圆是圆形的,我们见过的IC都是方形的,把晶圆做成圆形的岂不是浪费材料吗?如下图所示,感觉晶圆周围那些光刻不全的IC都没法用了…

晶圆(英语:Wafer)是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片,由于其形状为圆形,故称为晶圆。晶圆是生产集成电路所用的载体,一般晶圆产量多为单晶硅圆片。

为什么晶圆是圆形的?这要从制造材料说起。

首先由普通硅砂拉制提炼,经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施制成单晶硅棒,单晶硅棒经过切片、抛光之后,就得到了单晶硅圆片,也即晶圆。这单晶硅棒是圆柱形的,其切片形成的单晶硅圆片,也即晶圆自然也是圆形的了。

柴可拉斯基法
英特尔博物馆所展示的硅晶棒
英特尔博物馆所展示的硅晶棒
  1. 晶圆厂采用柴可拉斯基法将提纯后的多晶硅熔解,再于溶液内掺入一小粒的硅晶体晶种,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗小晶粒在融熔态的硅原料中逐渐生成,此过程称为“长晶”。这根晶棒的直径,就是晶圆的直径。拉晶工艺生产出来的是近似圆柱的单晶硅晶棒,圆的形状,有利于均匀分布,之后再表面抛光,切割之后变成一个个圆盘装的晶圆。
  2. 圆形是等周长时表面积做大的二维图形,加工时能够充分利用原料,在一片晶圆上能分出最多的芯片。
  3. 作为圆柱的单晶硅晶棒便于运输,在运输途中磕碰损坏,边角碎掉什么的造成材料损耗。
  4. 在实际的加工制成当中,圆形的物体比较便于生产操作。比如旋干,spin coating之类的,圆形能保证均匀性。

至于如上图所示的那样,圆周那一圈呈缺失图样的IC能不能用,当然不能用,pattern都不完整,里面的电路只有一部份,怎么能用~~~不过这也是个好问题,正是如此代工厂才追求更大面积的晶圆,让周围没用的部份的比例减少,以此来提高良率,赚更多钱。

晶圆按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来发展出12英寸甚至研发更大规格(14英寸、15英寸、16英寸、20英寸以上等)。晶圆越大,同一圆片上可生产的集成电路(integrated circuit, IC)就越多,可降低成本;但对材料技术和生产技术的要求更高,例如均匀度等等的问题。一般认为硅晶圆的直径越大,代表着这座晶圆厂有更好的技术,在生产晶圆的过程当中,良品率是很重要的条件。

通过下边这个Intel的宣传视频,大家可以直观的了解到从普通硅砂原料到Intel CPU的制造过程。

 

 

吴川斌

吴川斌