集成电路的核心材料到底是什么 晶圆是如何制造的

没有半导体，我们的生活能坚持一天吗？我们日常生活的许多方面，包括手机、笔记本电脑、汽车、电视和信用卡等，都离不开半导体。这些半导体与我们的生活密切相关。那么，它们是如何制作的呢？

如果您对半导体略知一二，您可能听说过八种基本的半导体工艺。制造半导体所需的无数任务被分为八个基本工艺，正如我们文章里第一张图片里的标题所示：“八个基本半导体工艺”。

今天，我们将看一下第一步，“晶圆制造”。我们将讨论晶圆，即集成电路的核心材料到底是什么，以及晶圆是如何制造的。

制造晶圆所需的材料

在开始之前，我们先想一个简短的问题！半导体集成电路与晶圆有什么关系？

集成电路是一种半导体芯片，它包含许多处理各种功能的电气元件。集成电路是通过在称为晶圆的基板上创建许多相同的电路来制造的。

因此，晶圆是半导体的基础。这类似于制作披萨——我们先准备一个面团，以便以后添加配料。 晶圆是从硅棒上切成薄片的圆盘，由硅或砷化镓等元素制成。大多数晶圆是由从沙子中提取的硅制成。

美国的硅谷始于半导体产业，最终成为全球软件产业的中心。据报道，它的名字是半导体原材料“硅”和圣克拉拉谷的“山谷”的组合。

“硅谷”这个名字可能会帮助你记住硅是半导体晶圆必不可少的原材料。硅供应丰富，是自然界中最丰富的元素，且具有无毒环保的特性。让我们一起看看晶圆制造的工艺吧！

 

第一步：制造硅锭

从沙子中提取的硅需要经过净化过程才能用于制造半导体。它被加热直到熔化成高纯度液体，然后通过结晶凝固。由此产生的硅棒称为硅锭。只有具有超高纯度的锭才能用于半导体工艺，这需要低至几纳米的极高精度。

第二步：切割锭以制造薄晶圆

硅锭的形状像陀螺，使用锋利的金刚石锯片切成厚度均匀的薄圆盘形晶片即晶圆。锭的直径决定了晶圆的尺寸，例如150毫米（6 英寸）、200毫米（8 英寸）和300毫米（12 英寸）晶圆。晶圆越薄，制造成本越低，直径越大，每个晶圆可以生产的半导体芯片数量就越多。因此，晶圆变得越来越薄，越来越大。

第三步：研磨和抛光晶圆表面

刚切完的晶圆需要经过加工，以获得光滑、镜面般的光洁度。刚切完的晶圆表面粗糙且包含瑕疵，这可能会对电路的精度产生负面影响。抛光液和抛光机用于抛光晶圆表面。

在进一步加工之前抛光晶圆称为裸晶圆，表示尚未制造芯片。使用许多物理和化学工艺在裸晶圆上制造集成电路后，晶圆最终将如下所示。让我们一起看看晶圆各个部分的名称吧！

 

1，晶圆(wafer)：作为半导体IC的核心原材料的圆形板（盘）。

2，晶粒(die)：在晶圆上有许多小方块，每个小方块称为一个晶粒，是集成电子电路的IC芯片。

3，分割线(scribe line, 划片槽)：这些晶粒肉眼看起来好像是相互粘在一起的，但实际上，晶粒之间有间隙。此间隙称为分割线或划片槽。分割线存在的目的是在晶圆加工后切出每个芯片并将其组装成芯片。分割线的空间可以使金刚石锯可以安全地切割晶圆。

4，平坦区(flat zone)：引入该区域是为了帮助识别晶圆结构，并在晶圆加工过程中用作参考线。由于晶圆的晶体结构非常精细并且无法用肉眼判断，因此以这个平坦区为标准来判断晶圆的垂直和水平方向。

5，凹槽(notch, 缺口)：最近出现了带有凹槽的晶圆，取代之前的平坦区。带有凹槽的晶圆比带有平坦区的晶圆更高效，因为带有凹槽的晶圆可以生产更多的芯片。

半导体行业主要分为制造晶圆的晶圆行业和在晶圆上设计和制造电路的制造(FAB)行业。还有封装行业，加工过的晶圆被切割成芯片并包装以防止潮湿和物理损坏。

审核编辑：刘清