集成電路的核心材料到底是什么 晶圓是如何制造的

沒(méi)有半導(dǎo)體，我們的生活能堅(jiān)持一天嗎？我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多方面，包括手機(jī)、筆記本電腦、汽車、電視和信用卡等，都離不開(kāi)半導(dǎo)體。這些半導(dǎo)體與我們的生活密切相關(guān)。那么，它們是如何制作的呢？

如果您對(duì)半導(dǎo)體略知一二，您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)八種基本的半導(dǎo)體工藝。制造半導(dǎo)體所需的無(wú)數(shù)任務(wù)被分為八個(gè)基本工藝，正如我們文章里第一張圖片里的標(biāo)題所示：“八個(gè)基本半導(dǎo)體工藝”。

今天，我們將看一下第一步，“晶圓制造”。我們將討論晶圓，即集成電路的核心材料到底是什么，以及晶圓是如何制造的。

制造晶圓所需的材料

在開(kāi)始之前，我們先想一個(gè)簡(jiǎn)短的問(wèn)題！半導(dǎo)體集成電路與晶圓有什么關(guān)系？

集成電路是一種半導(dǎo)體芯片，它包含許多處理各種功能的電氣元件。集成電路是通過(guò)在稱為晶圓的基板上創(chuàng)建許多相同的電路來(lái)制造的。

因此，晶圓是半導(dǎo)體的基礎(chǔ)。這類似于制作披薩——我們先準(zhǔn)備一個(gè)面團(tuán)，以便以后添加配料。 晶圓是從硅棒上切成薄片的圓盤(pán)，由硅或砷化鎵等元素制成。大多數(shù)晶圓是由從沙子中提取的硅制成。

美國(guó)的硅谷始于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，最終成為全球軟件產(chǎn)業(yè)的中心。據(jù)報(bào)道，它的名字是半導(dǎo)體原材料“硅”和圣克拉拉谷的“山谷”的組合。

“硅谷”這個(gè)名字可能會(huì)幫助你記住硅是半導(dǎo)體晶圓必不可少的原材料。硅供應(yīng)豐富，是自然界中最豐富的元素，且具有無(wú)毒環(huán)保的特性。讓我們一起看看晶圓制造的工藝吧！

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第一步：制造硅錠

從沙子中提取的硅需要經(jīng)過(guò)凈化過(guò)程才能用于制造半導(dǎo)體。它被加熱直到熔化成高純度液體，然后通過(guò)結(jié)晶凝固。由此產(chǎn)生的硅棒稱為硅錠。只有具有超高純度的錠才能用于半導(dǎo)體工藝，這需要低至幾納米的極高精度。

第二步：切割錠以制造薄晶圓

硅錠的形狀像陀螺，使用鋒利的金剛石鋸片切成厚度均勻的薄圓盤(pán)形晶片即晶圓。錠的直徑?jīng)Q定了晶圓的尺寸，例如150毫米（6 英寸）、200毫米（8 英寸）和300毫米（12 英寸）晶圓。晶圓越薄，制造成本越低，直徑越大，每個(gè)晶圓可以生產(chǎn)的半導(dǎo)體芯片數(shù)量就越多。因此，晶圓變得越來(lái)越薄，越來(lái)越大。

第三步：研磨和拋光晶圓表面

剛切完的晶圓需要經(jīng)過(guò)加工，以獲得光滑、鏡面般的光潔度。剛切完的晶圓表面粗糙且包含瑕疵，這可能會(huì)對(duì)電路的精度產(chǎn)生負(fù)面影響。拋光液和拋光機(jī)用于拋光晶圓表面。

在進(jìn)一步加工之前拋光晶圓稱為裸晶圓，表示尚未制造芯片。使用許多物理和化學(xué)工藝在裸晶圓上制造集成電路后，晶圓最終將如下所示。讓我們一起看看晶圓各個(gè)部分的名稱吧！

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1，晶圓(wafer)：作為半導(dǎo)體IC的核心原材料的圓形板（盤(pán)）。

2，晶粒(die)：在晶圓上有許多小方塊，每個(gè)小方塊稱為一個(gè)晶粒，是集成電子電路的IC芯片。

3，分割線(scribe line, 劃片槽)：這些晶粒肉眼看起來(lái)好像是相互粘在一起的，但實(shí)際上，晶粒之間有間隙。此間隙稱為分割線或劃片槽。分割線存在的目的是在晶圓加工后切出每個(gè)芯片并將其組裝成芯片。分割線的空間可以使金剛石鋸可以安全地切割晶圓。

4，平坦區(qū)(flat zone)：引入該區(qū)域是為了幫助識(shí)別晶圓結(jié)構(gòu)，并在晶圓加工過(guò)程中用作參考線。由于晶圓的晶體結(jié)構(gòu)非常精細(xì)并且無(wú)法用肉眼判斷，因此以這個(gè)平坦區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷晶圓的垂直和水平方向。

5，凹槽(notch, 缺口)：最近出現(xiàn)了帶有凹槽的晶圓，取代之前的平坦區(qū)。帶有凹槽的晶圓比帶有平坦區(qū)的晶圓更高效，因?yàn)閹в邪疾鄣木A可以生產(chǎn)更多的芯片。

半導(dǎo)體行業(yè)主要分為制造晶圓的晶圓行業(yè)和在晶圓上設(shè)計(jì)和制造電路的制造(FAB)行業(yè)。還有封裝行業(yè)，加工過(guò)的晶圓被切割成芯片并包裝以防止潮濕和物理?yè)p壞。

審核編輯：劉清