为什么晶圆都是圆的不是方的?

为什么晶圆都是圆的不是方的?

在看过前两篇文章后,有同学在微信公众号向我提了个很好的问题:“为什么晶圆不是方的?”。是啊,圆形的wafer里面方形的Die,总是不可避免有些空间浪费了:

黑色的区域浪费有点可惜,如果是方的不是正好全部用上吗?对于这个问题,我的回答就是:“因为叫做晶圆不叫做晶方!

嘻嘻,开个玩笑,不过严肃说起来晶圆并不是完全的圆形,你看到的晶圆是这样的:

为什么我知道的晶圆是这样的?

或是这样的:

为什么晶圆是圆形的?

因为制作工艺决定了它是圆形的。因为提纯过后的高纯度多晶硅是在一个子晶(seed)上旋转生长出来的。多晶硅被融化后放入一个坩埚(Quartz Crucible)中,再将子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。如下图:

然后硅锭在经过金刚线切割变成硅片:

在经过打磨等等处理后就可以进行后续的工序了(CPU制造的那些事之一:i7和i5其实是孪生兄弟!?

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。

为什么后来又不圆了呢?

那为啥后来又不圆了呢?其实这个中间有个过程掠过了,那就是Flat/Notch Grinning。

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。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(参考资料2)。在切片后晶圆就变成了这样:

如果你仔细看我的第一个图,你也会发现它其实是有缺一个小豁口的。

为什么要这样做呢?这不是浪费吗?其实,这个小豁口因为太靠近边缘而且很小,在制作Die时是注定没有用的,这样做可以帮助后续工序确定Wafer摆放位置,为了定位,也标明了单晶生长的晶向。定位设备可以是这样:

这样切割啊,测试啊都比较方便。

结论

严格意义上所有的Wafer都不是圆形的。如果忽略Flat/Notch这些小问题,那它的圆形是工艺决定的。

后记

哈哈,彩蛋来了。其实是有方形的Wafer的:

你们知道它是干什么的吗?为什么可以是方的吗?

其他半导体相关文章:

老狼:为什么CPU的频率止步于4G?我们触到频率天花板了吗?zhuanlan.zhihu.com图标老狼:为什么"电路"要铺满整个晶圆?zhuanlan.zhihu.com图标老狼:CPU制造的那些事之二:Die的大小和良品率zhuanlan.zhihu.com图标老狼:CPU制造的那些事之一:i7和i5其实是孪生兄弟!?zhuanlan.zhihu.com图标老狼:CPU能用多久?会不会因为老化而变慢?zhuanlan.zhihu.com图标老狼:为什么CPU越来越多地采用硅脂而不是焊锡散热?zhuanlan.zhihu.com图标老狼:为什么Intel CPU的Die越来越小了?zhuanlan.zhihu.com图标老狼:破茧化蝶,从Ring Bus到Mesh网络,CPU片内总线的进化之路zhuanlan.zhihu.com图标老狼:450mm的晶圆在哪里?zhuanlan.zhihu.com图标

欢迎大家关注本专栏和用微信扫描下方二维码加入微信公众号"UEFIBlog",在那里有最新的文章。同时欢迎大家给本专栏和公众号投稿!

用微信扫描二维码加入UEFIBlog公众号


参考资料:

[1]:Why are processor wafers round?

[2]: Wafer (electronics)

编辑于 2018-01-20

文章被以下专栏收录

    从首次运用于Intel 安腾处理器,到第一版统一的可扩展固件接口(UEFI)规范出版,无论是在高性能服务器,移动设备或是深度嵌入式设备等,UEFI已在所有平台完全淘汰了BIOS。这里有关于UEFI的一切。