晶圓

蝕刻(etch)製程處理後的晶圓

晶圓(英語:Wafer)是半導體晶體圓形片的簡稱,其為圓柱狀半導體晶體的薄切片,用於積體電路製程中作為載體基片,以及製造太陽能電池;由於其形狀為圓形,故稱為晶圓。最常見的是矽晶圓,另有氮化鎵晶圓、碳化矽晶圓等;一般晶圓產量多為單晶矽圓片。

晶圓是最常用的半導體材料,按其直徑分為3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等規格,近來發展出12英寸甚至研發更大規格(14英吋、15英吋、16英吋、20英吋以上等)。晶圓越大,同一圓片上可生產的積體電路(integrated circuit, IC)就越多,可降低成本;但對材料技術和生產技術的要求更高,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]。一般認為矽晶圓的直徑越大,代表著這座晶圓廠有更好的技術,在生產晶圓的過程當中,良品率是很重要的條件[2]

製造過程

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)與焦炭混合後,經由電弧爐加熱還原,即生成粗矽(純度98%,冶金級)。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(半導體級純度11個9,太陽能級7個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,就是晶圓的直徑。
  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低的IC,而小晶圓(6吋)則多用來製作類比IC等技術層次較高之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

2吋、4吋、6吋、與8吋晶圓

英特爾(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

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

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

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

其他相關

多晶矽生產

主要製造多晶矽的大廠有: 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 協鑫集團/GCL(中國)。

IC設計

僅從事IC設計的公司有美國的高通輝達AMD,台灣的威盛聯發科技等。

記憶體

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

引用和注釋

  1. ^ 老舊製程擦亮!8 吋代工市場在熱什麼??. [2020-12-26]. (原始內容存檔於2020-11-27). 
  2. ^ 半導體產業的根基:矽晶圓是什麼?. [2015-07-26]. (原始內容存檔於2015-07-25). 
  3. ^ 痞客幫 - 半導體產業上游---矽晶圓產業頁面存檔備份,存於網際網路檔案館

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