晶圓
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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。
- 将二氧化矽礦石(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]
- 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。
- 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。
- 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)。
- 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)。
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。
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。
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- ^ 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).
- ^ 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).
- ^ 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)