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晶圆为什么是圆形?
来源: | 作者:id1506174 | 发布时间: 2021-04-29 | 425 次浏览 | 分享到:
总会有人问“为什么晶圆是晶圆不是晶方?”。圆形的wafer里面方形的Die,总是不可避免有些区域浪费了。



为什么晶圆是圆形的?

简单的说硅晶片是这样来的:精挑细选且提纯过后的高纯度多晶硅是在一个籽晶(seed)上旋转生长出来后切成的片片。简化的流程如下所述:
首先是硅提纯,将沙石原料放入一个温度约为2000℃,并且有碳源存在的电弧熔炉中,在高温下,碳和沙石中的二氧化硅进行化学反应(碳与氧结合,剩下硅),得到纯度约为98%的纯硅,又称作冶金级硅,这对微电子器件来说不够纯,因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感,因此对冶金级硅进行进一步提纯:将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢进行氯化反应,生成液态的硅烷,然后通过蒸馏和化学还原工艺,得到了高纯度的多晶硅,其纯度高达99.999999999%,成为电子级硅,我想这大概是地球上最纯的物质之一。



随后将纯化后的多晶硅被融化后放入一个坩埚(Quartz Crucible)中,再将籽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)。这种方法就是现在一直在用的CZ法(Czochralski),也叫单晶直拉法。单晶直拉法工艺中的旋转提拉决定了硅锭的圆柱型,从而决定晶圆是圆形的。


拉出来的这个大家伙


线切割



顺便提一下晶圆的尺寸

硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。理论上来说硅晶圆尺寸越大越好,这样每块晶圆能生产更多的芯片。比如,同样使用0.13微米的制程在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心,而使用300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心,300mm直径的晶圆的面积是200mm直径晶圆的2.25倍,出产的处理器个数却是后者的2.385倍,并且300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶圆来得高多少。理论上来说,晶片(wafer)越做越大是为了--降低芯片的单位成本!但晶圆越大,对拉晶对速度与温度的要求越高,同时,晶片越大控制缺陷也越困难,因此做出高品质12寸晶圆的技术难度比8寸晶圆更高。


但其实晶圆也不是很圆!
大家仔细看下图,其实晶圆并不是很圆,它是有点小缺口的,那是因为制备流程中有个叫“Flat/Notch Grinning”步骤前面说明时被隐去了。

它在硅锭做出来后就要进行了。在200mm以下的硅锭上是切割一个平角,叫做Flat(平槽)。在200mm(含)以上硅锭上,为了减少浪费,只裁剪个圆形小口,叫做Notch(V槽)。
这个步骤存在的意义:这样做可以帮助后续工序确定Wafer的摆放位置,为了定位,也标明了单晶生长的晶向。对后续的切割,及测试都比较方便。而且切割位置在边缘,大多也是本不能用的区域。




在切片后晶圆就变成了下面这样: