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晶圆

  晶圆(英语: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;一般晶圆产量多为单晶硅圆片。


  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(integratedcircuit,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,使得近年来晶圆不再追求更大,有些时候厂商会基于成本及良率等因素而停留在成熟的旧工艺。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。


制造过程


  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,也即单晶硅晶圆。


  1.   将二氧化硅矿石(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.   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),因在精密电子器件当中,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克隆到层层晶圆上,制成具有多层线路与器件的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


  英特尔(Intel)等公司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。微信截图_20221205225220.png


晶圆基片制造


  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(胜高),美国的Cree(科锐)。


晶圆代工


  著名晶圆代工厂有台积电、安森美、联华电子、格芯(GlobalFoundries)及中芯国际等。


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。


其他相关


多晶硅生产


  主要制造多晶硅的大厂有:Hemlock(美国)、MEMC(美国)、Wacker(德国)、REC(挪威)、东洋化工/OCI(韩国)、德山/Tokuyama(日本)和协鑫集团/GCL(中国)。


IC设计


  仅从事IC设计的公司有美国的高通、辉达、AMD,台湾的威盛、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


  •   曝光机:艾司摩尔(ASML)、尼康(Nikon)、佳能(Canon)

  •   其他:应用材料、东京威力科创


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