制造晶圓難嗎?晶圓制造業(yè)有哪些特點(diǎn)?

晶圓的重要性不言而喻，因此我們需要對(duì)晶圓具備一定的認(rèn)識(shí)。前兩篇文章中，小編對(duì)晶圓到CPU的轉(zhuǎn)換過程、晶圓和硅片的區(qū)別有所探討。為增進(jìn)大家對(duì)晶圓的了解程度，本文將對(duì)晶圓制造業(yè)的特點(diǎn)予以闡述。如果你對(duì)晶圓具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

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的集成電路產(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。二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并經(jīng)蒸餾后，制成了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%。

一、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。硅片廣泛用于集成電路(IC)基板、半導(dǎo)體封裝襯底材料，硅片劃切質(zhì)量直接影響芯片的良品率及制造成本。硅片劃片方法主要有金剛石砂輪劃片、激光劃片。激光劃片是利用高能激光束聚焦產(chǎn)生的高溫使照射局部范圍內(nèi)的硅材料瞬間氣化，完成硅片分離，但高溫會(huì)使切縫周圍產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致硅片邊緣崩裂，且只適合薄晶圓的劃片。超薄金剛石砂輪劃片，由于劃切產(chǎn)生的切削力小，且劃切成本低，是應(yīng)用最廣泛的劃片工藝。由于硅片的脆硬特性，劃片過程容易產(chǎn)生崩邊、微裂紋、分層等缺陷，直接影響硅片的機(jī)械性能。同時(shí)，由于硅片硬度高、韌性低、導(dǎo)熱系數(shù)低，劃片過程產(chǎn)生的摩擦熱難于快速傳導(dǎo)出去，易造成刀片中的金剛石顆粒碳化及熱破裂，使刀具磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重影響劃切質(zhì)量。

二、 晶圓制造

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(zhǎng)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1 mm，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(zhǎng)而增長(zhǎng)。

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(zhǎng)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”。

三、晶圓制造業(yè)的特點(diǎn)

晶圓及芯片制造業(yè)是一個(gè)高度技術(shù)密集、資金密集的產(chǎn)業(yè)、其生產(chǎn)對(duì)環(huán)境要求非常嚴(yán)格，例如對(duì)電力、水源、燃?xì)獾墓?yīng)，不僅有很高質(zhì)量要求，還必須采用雙回路，甚至三回路，從而保證在任何時(shí)候都能充足、及時(shí)供給。另外對(duì)空氣環(huán)境、地表微震、廠址地質(zhì)條件也都有嚴(yán)格要求。至于其廠區(qū)內(nèi)部，由于工藝條件所決定，許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房?jī)?nèi)完成，室內(nèi)環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)均自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證隨時(shí)處于最佳狀況，因此，?不僅廠房造價(jià)相當(dāng)高，生產(chǎn)、控制設(shè)備也異常先進(jìn)、昂貴。因此，一般興建一個(gè)兩線(即有兩條生產(chǎn)線)8時(shí)晶圓廠(指生產(chǎn)的晶圓直徑為8時(shí)，即約203mm)，需投入人民幣十幾億至數(shù)十億，其占地面積也有十幾萬平方米，員工可以達(dá)數(shù)千人。另外，要保證其正常生產(chǎn)還需要很多相關(guān)的原材料和配套產(chǎn)品生產(chǎn)廠。所以一個(gè)晶圓廠建成后，不僅其生產(chǎn)值能達(dá)到幾十甚至幾百億，同時(shí)還能帶動(dòng)一大批相關(guān)企業(yè)、產(chǎn)業(yè)。并且由于其工廠擁有眾多的員工(其中高級(jí)技術(shù)、管理人員占很大比重)。在廠區(qū)周過還能形成一個(gè)完整的社區(qū)，其對(duì)第三產(chǎn)業(yè)的需求也將帶來許多就業(yè)機(jī)會(huì)，因此，其對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展具有相當(dāng)大的推動(dòng)作用。

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