晶圓 - 维基百科,自由的百科全书

蝕刻(etch)製程處理後的晶圓

晶圆(英語:Wafer)是半导体晶体圆形片的简称,其为圆柱状半导体晶体的薄切片,用于集成电路制程中作为载体基片,以及制造太阳能电池;由于其形状为圆形,故称为晶圆。最常见的是硅晶圆,另有氮化镓晶圆碳化硅晶圆等;一般晶圆產量多為单晶硅圆片。

晶圆是最常用的半导体元件,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英寸甚至研發更大规格(14英吋、15英吋、16英吋、20英吋以上等)。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,例如均勻度等等的問題,使得近年來晶圓不再追求更大,有些時候廠商會基於成本及良率等因素而停留在成熟的舊製程[1]。一般認為矽晶圆的直径越大,代表著这座晶圆厂有更好的技術,在生产晶圆的过程当中,良品率是很重要的条件[2]

製造過程[编辑]

柴可拉斯基法示意圖

很簡單的說,首先由普通矽砂拉製提煉,經過溶解提純蒸餾一系列措施製成單晶矽棒,單晶矽棒經過切片拋光之後,就得到了單晶矽圓片,也即單晶矽晶圓。

  1. 二氧化矽礦石(石英砂)与焦炭混合后,經由電弧爐加热还原,即生成粗矽(纯度98%,冶金级)。SiO2 + C = Si + CO2[3]
  2. 鹽酸氯化並經蒸餾後,製成了高純度的多晶矽(半导体级純度11个9,太阳能级7个9),因在精密電子元件當中,矽晶圓需要有相當的純度(99.999999999%),不然會產生缺陷。
  3. 晶圓製造廠再以柴可拉斯基法將此多晶矽熔解,再於溶液內摻入一小粒的矽晶體晶種,然後將其慢慢拉出,以形成圓柱狀的單晶矽晶棒,由於矽晶棒是由一顆小晶粒在融熔態的矽原料中逐漸生成,此過程稱為「長晶」。這根晶棒的直徑,就是晶圓的直径。
  4. 矽晶棒再經過切片、研磨、拋光後,即成為積體電路工廠的基本原料——矽晶圓片,這就是「晶圓」(wafer)。
  5. 晶圓經多次光罩處理,其中每一次的步驟包括感光劑塗佈、曝光、顯影、腐蝕、滲透、植入、蝕刻或蒸著等等,將其光罩上的電路複製到層層晶圓上,製成具有多層線路與元件的IC晶圓,再交由後段的測試、切割、封裝廠,以製成實體的積體電路成品。一般來說,大晶圓(12吋)多是用來製作記憶體等技術層次較高的IC,而小晶圓(6吋)則多用來製作類比IC等技術層次較低之IC,8吋的話則都有。

從晶圓要加工成為產品需要專業精細的分工。

著名晶圓廠商[编辑]

2吋、4吋、6吋、與8吋晶圓

英特尔(Intel)等公司自行設計並製造自己的IC晶圓直至完成並行銷其產品。三星電子等則兼有晶圓代工及自製業務。

晶圓基片製造[编辑]

例如:環球晶(台灣股票代號:6488)、合晶(台灣股票代號:6182)、中美晶(台灣股票代號:5483),日本的信越化學SUMCO(勝高),美國的Cree(科銳)。

晶圓代工[编辑]

著名晶圓代工廠有台積電安森美聯華電子格羅方德(Global Foundries)及中芯國際等。

封裝測試[编辑]

日月光半導體艾克爾國際科技等則為世界前二大晶圓產業後段的封裝、測試廠商。

英特爾博物館所展示的矽晶棒

其他相关[编辑]

多晶矽生產[编辑]

主要制造多晶矽的大廠有: Hemlock(美國)、MEMC(美國)、Wacker(德國)、REC(挪威)、東洋化工/OCI(韓國)、德山/Tokuyama(日本)和 协鑫集团/GCL(中國)。

IC设计[编辑]

仅从事IC設計的公司有美国的高通輝達AMD,台湾的威盛聯發科技等。

記憶體[编辑]

南亞科技瑞晶科技(現已併入美光科技,更名台灣美光記憶體)、Hynix美光科技(Micron)等則專於記憶體產品。

生產設備[编辑]

引用和注释[编辑]

  1. ^ 老舊製程擦亮!8 吋代工市場在熱什麼??. [2020-12-26]. (原始内容存档于2020-11-27). 
  2. ^ 半導體產業的根基:矽晶圓是什麼?. [2015-07-26]. (原始内容存档于2015-07-25). 
  3. ^ 痞客帮 - 半導體產業上游---矽晶圓產業页面存档备份,存于互联网档案馆