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晶圆

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经刻蚀(etch)工艺处理后的晶圆
刻蚀(etch)工艺处理后的晶圆

晶圆(英语:Wafer)是指制作硅半导体集成电路所用的硅芯片,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[1]

晶圆是最常用的半导体材料,按其直径分为3英寸、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[1]

制造过程

柴可拉斯基法示意图
柴可拉斯基法示意图

很简单的说,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。

  1. 二氧化硅矿石(石英砂)与焦炭混合后,经由电弧炉加热还原,即生成粗硅(纯度98%,冶金级)。SiO2 + C = Si + CO2[2]
  2. 盐酸氯化并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅(半导体级纯度11个9,太阳能级7个9),因在精密电子元件当中,硅晶圆需要有相当的纯度(99.999999999%),不然会产生缺陷。
  3. 晶圆制造厂再以柴可拉斯基法将此多晶硅熔解,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。
  4. 硅晶棒再经过切片、研磨、抛光后,即成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片,这就是“晶圆”(wafer)。
  5. 晶圆经多次光掩模处理,其中每一次的步骤包括感光剂涂布、曝光、显影、腐蚀、渗透、植入、刻蚀或蒸著等等,将其光掩模上的电路复制到层层晶圆上,制成具有多层线路与元件的IC晶圆,再交由后段的测试、切割、封装厂,以制成实体的集成电路成品。一般来说,大晶圆(12吋)多是用来制作内存等技术层次较低的IC,而小晶圆(6吋)则多用来制作模拟IC等技术层次较高之IC,8吋的话则都有。

从晶圆要加工成为产品需要专业精细的分工。

著名晶圆厂商

2吋、4吋、6吋、与8吋晶圆
2吋、4吋、6吋、与8吋晶圆

英特尔(Intel)等公司则自行设计并制造自己的IC晶圆直至完成并行销其产品。三星电子等则兼有晶圆代工及自制业务。

晶圆代工

著名晶圆代工厂有台积电安森美联华电子格罗方德(Global Foundries)及中芯国际等。

只制造晶圆基片

例如:环球晶(台湾股票代号:6488)、合晶(台湾股票代号:6182)、中美晶(台湾股票代号:5483)、日本的信越化学、Sumco等。

封装测试

日月光半导体、艾克尔国际科技等则为世界前二大晶圆产业后段的封装、测试厂商。

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

其他相关

多晶硅生产

主要制造多晶硅的大厂有: Hemlock(美)、MEMC(美)、Wacker(德)、REC(挪)、东洋化工/OCI(韩)、德山/Tokuyama(日)和 协鑫集团/GCL(大陆)。

IC设计

仅从事IC设计的公司有美国的高通、台湾的联发科技等。

内存

南亚科技、瑞晶科技(现已并入美光科技,更名台湾美光内存)、Hynix美光科技(Micron)等则专于内存产品。

生产设备

引用和注释

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晶圆
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