晶圆：半导体产业的基础

在阅读或听说半导体行业时，我们经常会听到晶圆这个词。但所谓的晶圆到底是什么？“8英寸”或“12英寸”晶圆指的是什么？生产大尺寸晶圆有多难？下面一步步介绍半导体最重要的基础——晶圆。

什么是晶圆？
晶圆是指用于制造硅半导体集成电路的硅晶圆。因为它的形状是圆形的，所以被称为威化饼。晶片是用于生产集成电路的载体。通常，晶片是指单晶硅晶片。晶圆是最常用的半导体基材，按直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸。晶圆越大，同一晶圆上可以生产的IC越多，可以降低成本。但晶圆越大，对材料技术和生产工艺的要求就越高。一般认为，硅片的直径越大，晶圆厂的技术越好。在生产晶圆的过程中，成品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，就可以完成我们想要的形状（也就是想要的芯片）。但是，如果地基不好，盖出来的房子就会变形，不尽如人意。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，该衬底是接下来描述的晶圆。

记得小时候玩乐高积木的时候，积木表面会有小圆突起。通过这种结构，我们可以在不使用胶水的情况下将两个块稳定地堆叠在一起。晶圆制造以类似的方式将随后添加的原子与基板保持在一起。因此，我们需要找到表面光洁的基板，以满足后续制作所需的条件。

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，采用单晶制作晶圆即可满足上述要求。然而，要生产这种材料，有两个主要的两个步骤，提纯和拉晶。

如何制作单晶圆片？
纯化分为两个阶段。第一步是冶金提纯。该工艺主要是在氧化硅中加入碳，通过氧化还原将其转化为纯度98%以上的硅。大多数金属（例如铁或铜）的精炼都是通过这种方式进行的，以获得足够纯度的金属。但是98%对于晶圆制造来说还是不够的，还有待进一步提高。因此，将采用西门子工艺进一步提纯，从而得到半导体工艺所需的高纯度多晶硅。

接下来是提拉晶体的步骤。将先前获得的高纯度多晶硅熔化以形成液态硅。之后，单晶硅晶种接触液体表面，并在旋转的同时被缓慢地向上拉。需要单晶硅籽晶来启动硅原子在晶体生长时在晶体上排列的顺序。最后，离开液体的硅原子在晶体表面固化后，排列整齐的单晶硅柱就完成了。

然而，8英寸和12英寸分别代表什么？这是指水晶柱完成后的直径。做大晶圆有多难？如前所述，水晶上的堆积就像制作棉花糖的过程。当中心旋转时，会添加多层，直到获得所需的直径。如果您制作过棉花糖，您会发现随着芯变大，制作统一的最终产品变得越来越困难。水晶的拉动，也是一样。旋转的快慢、温度的控制都会影响晶柱的质量。因此，尺寸越大，拉晶的速度和温度要求就越高，因此制作高质量12英寸晶圆比8英寸晶圆更难。

为了获得晶圆，现在需要将这个硅柱切成薄片。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。