为什么晶圆是晶圆不是晶方？

“为什么晶圆是晶圆不是晶方？”。圆形的wafer里面方形的Die，总是不可避免有些区域浪费了。

图1：圆形的wafer&方形的Die

为什么晶圆是圆形的？

简单的说硅晶片是这样来的：精挑细选且提纯过后的高纯度多晶硅是在一个籽晶(seed)上旋转生长出来后切成的片片。简化的流程如下所述：

首先是硅提纯，将沙石原料放入一个温度约为2000℃，并且有碳源存在的电弧熔炉中，在高温下，碳和沙石中的二氧化硅进行化学反应（碳与氧结合，剩下硅），得到纯度约为98%的纯硅，又称作冶金级硅，这对微电子器件来说不够纯，因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感，因此对冶金级硅进行进一步提纯：将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢进行氯化反应，生成液态的硅烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅，其纯度高达99.999999999%，成为电子级硅，我想这大概是地球上最纯的物质之一。

图2：一切要精挑细选的石英砂开始

随后将纯化后的多晶硅被融化后放入一个坩埚(Quartz Crucible)中，再将籽晶放入坩埚中匀速转动并且向上提拉，则熔融的硅会沿着子晶向长成一个圆柱体的硅锭(ingot)。这种方法就是现在一直在用的CZ法(Czochralski)，也叫单晶直拉法。单晶直拉法工艺中的旋转提拉决定了硅锭的圆柱型，从而决定晶圆是圆形的。

图3：熔融提拉过程

图4：这大家伙就是拉好的单晶硅了

图5：随后硅锭在经过金刚线切割变成硅片

图6：之后就有了你看到的晶圆了

顺便提一下晶圆的尺寸

硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。理论上来说硅晶圆尺寸越大越好，这样每块晶圆能生产更多的芯片。比如，同样使用0.13微米的制程在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心，而使用300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心，300mm直径的晶圆的面积是200mm直径晶圆的2.25倍，出产的处理器个数却是后者的2.385倍，并且300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶圆来得高多少。理论上来说，晶片(wafer)越做越大是为了--降低芯片的单位成本！但晶圆越大，对拉晶对速度与温度的要求越高，同时，晶片越大控制缺陷也越困难，因此做出高品质12寸晶圆的技术难度比8寸晶圆更高。

图7：晶圆尺寸发展

但其实晶圆也不是很圆！

大家仔细看图6，其实晶圆并不是很圆，它是有点小缺口的，那是因为制备流程中有个叫“Flat/Notch Grinning”步骤前面说明时被隐去了。

图8：晶片上的Flat&Notch

它在硅锭做出来后就要进行了。在200mm以下的硅锭上是切割一个平角，叫做Flat（平槽）。在200mm（含）以上硅锭上，为了减少浪费，只裁剪个圆形小口，叫做Notch（V槽）。在切片后晶圆就变成了这样：

图9：12寸硅片Notch（V槽）

图10：6寸硅片Flat（平槽）

这个步骤存在的意义：这样做可以帮助后续工序确定Wafer的摆放位置，为了定位，也标明了单晶生长的晶向。对后续的切割，及测试都比较方便。而且切割位置在边缘，大多也是本不能用的区域。

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