晶圓是指擁有集成電路的硅晶片，形狀是圓的，故稱為晶圓。晶圓在電子數(shù)碼領(lǐng)域的運(yùn)用是非常廣泛的，例如內(nèi)存條、SSD，CPU、顯卡、手機(jī)內(nèi)存、手機(jī)指紋芯片等等。可以說(shuō)幾乎對(duì)于所有的電子數(shù)碼產(chǎn)品，晶圓都是不可或缺的。所以近年來(lái)全球晶圓的緊缺不僅僅是只導(dǎo)致了內(nèi)存條和SSD的漲價(jià)，甚至整個(gè)電子數(shù)碼產(chǎn)品領(lǐng)域都受到了非常嚴(yán)重的波及。晶圓的重要性不言而喻。
如此緊要的晶圓，我們大多數(shù)卻對(duì)它必將陌生。先來(lái)說(shuō)說(shuō)晶圓的主要原料。
晶圓需要什么，需要硅！硅是地球上第二豐富的元素。而沙子、石頭里都含有硅；滿地都是硅，那為什么晶圓還缺呢？當(dāng)然，這僅僅能說(shuō)沙子可以造晶圓、造CPU、芯片。如果真用沙子來(lái)做晶圓，提煉過(guò)程是及其復(fù)雜繁瑣。硅礦石的硅含量相對(duì)較高，因而晶圓一般的是以硅礦石為原料的。
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下面一起來(lái)看看晶圓制造的簡(jiǎn)介工藝。
沙子/石英：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而脫氧后的沙子（尤其是石英）最多包含25%的Si02二氧化硅。氧化硅經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并蒸餾后，得到純度高達(dá)99%以上的晶體硅。，以二氧化硅的形式存在，這也是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。硅的純化主要有兩種方法。
硅的純化I——通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將冶金級(jí)硅提純以生成三氯硅烷。
硅的純化II——利用西門子方法，通過(guò)三氯硅烷和氫氣反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)電子級(jí)硅。
晶體硅經(jīng)過(guò)高溫成型，采用旋轉(zhuǎn)拉伸的方法做成圓形的晶棒。一般選用直拉法成型。
直拉法即CZ法（切克勞斯基Czchralski）：把熔化了的半導(dǎo)體級(jí)硅液體變?yōu)橛姓_晶向并且被摻雜成N型或P型的固體單晶硅錠。
直拉法生產(chǎn)過(guò)程 圖源自網(wǎng)絡(luò)
晶片切割：將晶棒橫向切割成圓形的單個(gè)硅片，也就是我們常說(shuō)的晶圓（Wafer），這也是晶圓都是圓形的原因。
圖源自網(wǎng)絡(luò)
切割出的晶圓經(jīng)過(guò)拋光后變得幾乎完美無(wú)瑕，表面甚至可以當(dāng)鏡子。
通過(guò)thermal方式，使晶圓上產(chǎn)生一層Si外延層。
光刻膠（PhotoResiet）：圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(zhuǎn)過(guò)程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻膠鋪的非常薄且平。
光刻膠層隨后透過(guò)掩模（Mask）被曝光在紫外線（UV）之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類似按下機(jī)械相機(jī)快門那一刻膠片的變化，掩模版上印著預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案，紫外線透過(guò)它照在光刻膠層上，就會(huì)形成微處理器的每一層電路圖案。一般來(lái)說(shuō)，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。
隨著極紫外（EUV）光刻新技術(shù)出現(xiàn)，晶圓的光刻變得更精確，也更有效率了，甚至可以一次完成全部光刻了。
溶解光刻膠：光刻過(guò)程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩模（MASK）的一致。
蝕刻：使用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來(lái)的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護(hù)著不應(yīng)該蝕刻的部分。
清除光刻膠：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部清除后就可以看到設(shè)計(jì)好的電路圖案。
然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來(lái)保護(hù)不會(huì)離子注入的那部分材料。
在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過(guò)加速的、要摻雜的原子的離子照射(注入)固體材料，從而在被注入的區(qū)域形成特殊的注入層，并改變這些區(qū) 域的硅的導(dǎo)電性。經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后，注入的離子流的速度可以超過(guò)30萬(wàn)千米每小時(shí)。離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入?yún)^(qū)域(綠色部分)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時(shí)候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。
圖源自網(wǎng)絡(luò)
至此，晶體管已經(jīng)基本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個(gè)孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。
在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會(huì)從正極(陽(yáng)極)走向負(fù)極(陰極）。電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個(gè)薄薄的銅層。
機(jī)械研磨、化學(xué)作用使表面平坦，移除晶圓表面的缺陷
主要分三類：功能測(cè)試、性能測(cè)試、抗老化測(cè)試。具體有如:接觸測(cè)試、功耗測(cè)試、輸入漏電測(cè)試、輸出電平測(cè)試、動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試、模擬信號(hào)參數(shù)測(cè)試等等。
硅片裝在片架上，放入充滿氮?dú)獾拿芊庑『袃?nèi)以免在運(yùn)輸過(guò)程中被氧化或沾污
將包裝好的硅片發(fā)往封測(cè)，就成了我們電子數(shù)碼產(chǎn)品上的芯片。
晶圓的制造在半導(dǎo)體領(lǐng)域，科技含量相當(dāng)?shù)母撸夹g(shù)工藝要求非常高。而我國(guó)半導(dǎo)體事業(yè)起步較晚，在晶圓的制造上還處于建設(shè)發(fā)展階段。現(xiàn)在我國(guó)主要做的是晶圓的封測(cè)。我國(guó)的晶圓封測(cè)規(guī)模和市場(chǎng)都是全球首屈一指的，約占全球約1/4。雖然近年我國(guó)大力支持半導(dǎo)體行業(yè)，支持晶圓制造，也取得了一些成績(jī)。但是任重道遠(yuǎn)。目前晶圓制造，核心技術(shù)，依然牢牢的把握在外國(guó)晶圓廠家的手里。我國(guó)對(duì)外國(guó)晶圓的依賴性還非常之大。
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦陶瓷展）：簡(jiǎn)述晶圓制造流程工藝
