晶圆是什么东西

晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片。

半导体基础 之 晶圆(Wafer)

晶圆(Wafer)

是半导体晶体圆片的简称,为圆柱状半导体晶体的薄切片,用于集成电路制程中作为载体的基片,由于其形状为圆形,故称为晶圆。最常见的是硅晶圆,另外还有氮化镓晶圆、碳化硅晶圆等;一般晶圆产量多为单晶硅圆片。

晶圆是最常用的半导体材料,按其直径分为2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸等规格,晶圆越大,同一圆片上可生产的集成电路(Integrated Circuit, IC)就越多,可降低成本;但对材料技术和生产工艺的要求更高,例如均匀度等等的问题,使得近年来晶圆不再追求更大,有些时候厂商会基于成本及良率等因素而停留在成熟的旧工艺。一般认为硅晶圆的直径越大,代表着晶圆厂有更好的技术,在生产晶圆的过程当中,良率是很重要的标准。

加工处理过后的晶圆

1.制造过程

柴可拉斯基法示意图

很简单的说,首先由普通硅砂拉制提炼,经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施制成单晶硅棒,单晶硅棒经过切片、抛光之后,就得到了单晶硅圆片,也即单晶硅晶圆。

1.将二氧化硅矿石(石英砂)与焦炭混合后,经由电弧炉加热还原,即生成粗硅(纯度98%,冶金级)。SiO2 + C = Si + CO2 ↑

2.盐酸氯化并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅(半导体级纯度11个9,太阳能级7个9),因在精密电子器件当中,硅晶圆需要有相当的纯度(99.999999999%),不然会产生缺陷。

3.晶圆制造厂再以柴可拉斯基法将多晶硅熔解,再于溶液内掺入一小粒的硅晶体晶种,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗小晶粒在融熔态的硅原料中逐渐生成,此过程称为“长晶”。这根晶棒的直径,就是晶圆的直径。

4.硅晶棒再经过切片、研磨、抛光后,即成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片,就是“晶圆”(wafer)。

5.晶圆经多次光掩模处理,其中每一次的步骤包括感光剂涂布、曝光、显影、腐蚀、渗透、植入、刻蚀或蒸著等等,将其光掩模上的电路克隆到层层晶圆上,制成具有多层线路与器件的IC晶圆,再交由后段的测试、切割、封装厂,以制成实体的集成电路成品。一般来说,大晶圆(12英寸)多是用来制作内存等技术层次较低的IC,而小晶圆(6英寸)则多用来制作模拟IC等技术层次较高之IC,8英寸的晶圆的话则都有。

从晶圆要加工成为产品需要专业精细的分工。

6英寸 8英寸 12英寸

6英寸,8英寸,12英寸晶圆

2.著名晶圆厂商

英特尔(Intel)等公司自行设计并制造自己的IC晶圆直至完成并行销其产品。三星电子(Samsung)等则兼有晶圆代工及自制芯片业务。

晶圆基片制造厂商

晶圆基片制造商

公司总部所在地

信越(Shin-Etsu)

日本

胜高科技(Sumco)

日本

环球晶圆(Global Wafer)

中国台湾

世创(Siltronic)

德国

LG Siltron

韩国

晶圆代工厂商

晶圆代工厂商

公司总部所在地

台积电(TSMC)

中国台湾

三星(Samsung)

韩国

格芯(GlobalFoundries)

美国

联电(UMC)

中国台湾

中芯国际(SMIC)

中国上海

华虹集团(Huahong)

中国上海

力积电(PSMC)

中国台湾

世界先进(VIS)

中国台湾

晶合集成(Nexchip

中国合肥

高塔半导体(Tower)

以色列

封装测试厂商

封测厂商

公司总部所在地

日月光(ASE)

中国台湾

安靠(Amkor)

美国

长电科技(JCET)

中国江苏

矽品(SPIL)

中国江苏

力成(Powertech)

中国台湾

通富微电(TF)

中国江苏

天水华天(Huatian)

中国甘肃

京元电(KYEC)

中国台湾

南茂(ChipMOS)

中国台湾

欣邦(CHIPBOND)

中国台湾

3.多晶硅生产厂商

多晶硅生产厂商

公司总部所在地

通威

中国

Wacker

德国/美国

大全新能源

中国

协鑫

中国

新特能源

中国

永祥股份

中国

东方希望

中国

OCI

韩国/马来西亚)

新疆大全

中国

亚洲硅业

中国

Hemlock

美国

4.IC设计厂商

IC设计厂商

公司总部所在地

高通(Qualcomm)

美国

英伟达(Nvidia)

美国

博通(Broadcom)

美国

联发科(MediaTek)

中国台湾

超微(AMD)

美国

联咏科技(Novatek)

中国台湾

美满(Marvell)

美国

赛灵思(Xilinx)

美国

瑞昱半导体(Realtek)

中国台湾

戴泺格半导体(Dialog)

英国

内存厂商

内存厂商

公司总部所在地

三星(Samsung)

韩国

海力士(Hynix)

韩国

美光科技(Micron)

美国

南亚科技(Nanya)

中国台湾

5.生产设备

生产设备厂商

公司总部所在地

应用材料(AMAT)

美国

阿斯麦(ASML)

荷兰

泛林(LAM)

美国

Tokyo Electron(TEL)

日本

科磊(KLA)

美国

爱德万测试(Advantest)

日本

迪恩士(Screen)

日本

日立高新(Hitachi High-Tech)

日本

ASM国际(ASMI)

荷兰

泰瑞达(Teradyne)

美国

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