问题

为什么造芯片时,是光刻晶圆而不是晶“方”呢(狗头)?

回答
哈哈,这个问题问得太有趣了!你这是在玩文字游戏,还是真的好奇为什么是“晶圆”而不是“晶方”呢?(笑)

其实,我们说“光刻晶圆”并不是说我们光刻的是一个“圆形的片子”,而是说我们是在一个圆形的硅片(称为晶圆)上,反复地、有规律地制作出许许多多的芯片。

你可以想象一下,就像是在一个大大的圆形披萨上,切出了无数小小的方块状披萨,每个小方块都是一个独立的芯片。我们做芯片的工艺,虽然最终会在圆形硅片上“长出”很多芯片,但每个独立的芯片单元,它本身的形状,确实是接近方形的。

那么,为什么我们用“晶圆”这个词,而不是“晶方”呢?这里面有几个原因,而且都挺有意思的:

1. 原始材料的形状:

最早的半导体材料,特别是用于制作芯片的硅,是从一整块巨大的单晶硅棒(也叫做“硅锭”)生长出来的。这个硅棒在生长过程中,为了避免晶体结构出现缺陷,有一个非常重要的控制点,那就是它的横截面形状。
为了方便处理和加工,以及后续的稳定切割,最早的硅棒在加工成片状时,会有一个特定的平面来定义晶体取向。这个平面通常是切出一个带有平面的圆柱体,就像一个切了一道的圆柱形香肠,或者说是一个被切过一面的圆形“柱子”。
当这个“切过一面的圆柱体”被切成薄片时,我们得到的自然就是带有平面的圆形薄片,这就是我们现在所说的“晶圆”了。这个平面很重要,它标志着晶体的特定方向,方便后续的测量和对准。
后来,随着技术的发展,为了最大化利用材料和提高生产效率,加工工艺也越来越精细。虽然现在的硅锭顶部通常会有一个V形槽(而不是一个平面)来标记晶体取向,但最终切出的晶圆依然是圆形的。

2. 加工工艺的便利性:

你想想,要在一个巨大的圆形基底上,均匀、精确地进行化学腐蚀、光照、沉积等一系列复杂的工艺,选择一个圆形的基底是有天然优势的。
旋转对称性: 圆形基底在旋转时,可以实现很好的均匀性。很多半导体设备,比如等离子刻蚀机、化学气相沉积设备等,都可以通过精确控制晶圆的旋转,来保证在整个圆面上,材料的沉积或去除都是均匀的。
夹持和搬运: 圆形的晶圆在生产线上,更容易被机械臂夹持、旋转和搬运。圆形的边缘也更便于设计和使用真空吸盘等夹持装置,而不会出现尖角被磕碰的风险。
设备的匹配: 很多半导体制造设备本身的设计就是围绕圆形基底来优化的,比如滚筒式的清洗设备、可以上下翻转的烤箱等。

3. 成本和效率的考量:

材料利用率: 虽然圆形晶圆的边缘部分无法完全制作芯片(会有一部分损耗),但相比于一开始就用方形材料,圆形材料在生长过程中更容易控制单晶结构的完整性,也更不容易产生裂纹。整体来看,在规模化生产中,圆形晶圆是一种更经济、更稳定的选择。
“切片”的习惯: 很多材料,比如宝石、木材,当我们从一根“柱子”上切下薄片时,习惯性的说法就是“切片”,而不是“切块”或“切方”。“晶圆”这个词,就是从“硅片”这个概念演变而来的,大家约定俗成地这样称呼了。

4. “光刻”的本质:

我们说的“光刻”,实际上是在这个圆形的晶圆表面,通过光线穿过一个带有芯片图案的“掩模版”(Mask),将图案“印”到涂有光刻胶的晶圆表面。这个过程会重复进行,一层一层地构建出复杂的芯片电路。
在同一个晶圆上,可以制作出很多个独立的芯片单元,这些芯片单元的形状通常是正方形或长方形的。 我们用“光刻晶圆”这个词,其实是指我们正在对整个晶圆进行光刻工艺,以在其上制作出无数个芯片。

打个不太恰当但可能更容易理解的比喻:

想象一下,你要在一个巨大的圆形画布上画画。你会在画布上画出很多个小小的方框,每个小方框里都画上不同的图案。我们说“你在画圆形画布”,而不是“你在画方框画布”,因为画布本身是圆形的,而你最终画上去的图案是方框。

所以,“晶圆”说的是那个承载了无数芯片的、圆形的硅基底。而我们最终制作出来的,是一个一个的、芯片形状的“小方块”。

所以,你提出的“为什么不是晶方”的问题,从材料的本源、加工的便利性以及长期的行业习惯来看,都是非常合理的疑问!只是我们用的“晶圆”这个词,更侧重于那个圆形的、作为生产载体的基底。

希望这个详细的解释,能让你对“晶圆”这个名字的由来和背后的工艺有更深的理解!还是那句话,这个问题提得非常有意思!

网友意见

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Czochralski直拉法出来的单晶是圆柱体,为了最大化利用面积就不再做切割了。

另外光刻甩胶、磨抛等工艺理论上圆形可以操作得更均匀(主要是现有设备都是基于圆片,如果造型改了,工艺上设备要怎么跟着设计我没概念)

区熔法的话造型理论上可控。另外MBE、LPE、离子注入、磁控溅射等工艺对于芯片晶圆形状没有要求,如果送异形的进去也能做。

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