晶圓的概念

晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓。在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能之IC產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。

晶圓的制造過程

晶圓是制造半導(dǎo)體芯片的基本材料，半導(dǎo)體集成電路最主要的原料是硅，因此對(duì)應(yīng)的就是硅晶圓。

硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造可以歸納為三個(gè)基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。

首先是硅提純，將沙石原料放入一個(gè)溫度約為2000℃，并且有碳源存在的電弧熔爐中，在高溫下，碳和沙石中的二氧化硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)（碳與氧結(jié)合，剩下硅），得到純度約為98%的純硅，又稱作冶金級(jí)硅，這對(duì)微電子器件來說不夠純，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電學(xué)特性對(duì)雜質(zhì)的濃度非常敏感，因此對(duì)冶金級(jí)硅進(jìn)行進(jìn)一步提純：將粉碎的冶金級(jí)硅與氣態(tài)的氯化氫進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，然后通過蒸餾和化學(xué)還原工藝，得到了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%，成為電子級(jí)硅。

接下來是單晶硅生長，最常用的方法叫直拉法。如下圖所示，高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約1400℃，爐中的空氣通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)。為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向：坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉(zhuǎn)，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會(huì)粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長上去。因此所生長的晶體的方向性是由籽晶所決定的，在其被拉出和冷卻后就生長成了與籽晶內(nèi)部晶格方向相同的單晶硅棒。用直拉法生長后，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行切割，然后進(jìn)行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡，晶圓片制造就完成了。

單晶硅棒的直徑是由籽晶拉出的速度和旋轉(zhuǎn)速度決定的，一般來說，上拉速率越慢，生長的單晶硅棒直徑越大。而切出的晶圓片的厚度與直徑有關(guān)，雖然半導(dǎo)體器件的制備只在晶圓的頂部幾微米的范圍內(nèi)完成，但是晶圓的厚度一般要達(dá)到1mm，才能保證足夠的機(jī)械應(yīng)力支撐，因此晶圓的厚度會(huì)隨直徑的增長而增長。

晶圓制造廠把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆晶面取向確定的籽晶在熔融態(tài)的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經(jīng)過切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為集成電路工廠的基本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。

晶圓的基本原料

硅是由石英砂所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，經(jīng)過照相制版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圓。

硅片的定義

硅片是制作晶體管和集成電路的原料。一般是單晶硅的切片。硅片，是制作集成電路的重要材料，通過對(duì)硅片進(jìn)行光刻、離子注入等手段，可以制成各種半導(dǎo)體器件。用硅片制成的芯片有著驚人的運(yùn)算能力。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷推動(dòng)著半導(dǎo)體的發(fā)展。自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)等技術(shù)發(fā)展，使硅片（集成電路）這種高技術(shù)產(chǎn)品的造價(jià)已降到十分低廉的程度。

硅片的規(guī)格

硅片規(guī)格有多種分類方法，可以按照硅片直徑、單晶生長方法、摻雜類型等參量和用途來劃分種類。

按硅片直徑劃分：

硅片直徑主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸（300mm），目前已發(fā)展到18英寸（450mm）等規(guī)格。直徑越大，在一個(gè)硅片上經(jīng)一次工藝循環(huán)可制作的集成電路芯片數(shù)就越多，每個(gè)芯片的成本也就越低。因此，更大直徑硅片是硅片制各技術(shù)的發(fā)展方向。但硅片尺寸越大，對(duì)微電子工藝設(shè)各、材料和技術(shù)的要求也就越高。

按單晶生長方法劃分：

直拉法制各的單晶硅，稱為CZ硅（片）;磁控直拉法制各的單晶硅，稱為MCZ硅（片）;懸浮區(qū)熔法制各的單晶硅，稱為FZ硅（片）;用外延法在單晶硅或其他單晶襯底上生長硅外延層，稱為外延（硅片）。

硅片和晶圓的區(qū)別

未切割的單晶硅材料是一種薄型圓片叫晶圓片，是半導(dǎo)體行業(yè)的原材料，割后叫硅片，通過對(duì)硅片進(jìn)行光刻、離子注入等手段，可以制成各種半導(dǎo)體器件。