在半导体的新闻中,总是会提到以尺寸标示的晶圆厂,如8寸或是12寸晶圆厂,然而,所谓的晶圆到底是什么东西?其中8寸指的是什么部分?要产出大尺寸的晶圆制造又有什么难度呢?以下千京控股芯片事业部将逐步介绍半导体最重要的基础——“晶圆”到底是什么。
晶圆(wafer),是制造各式电脑芯片的基础。我们可以将芯片制造比拟成用乐高积木盖房子,藉由一层又一层的堆叠,完成自己期望的造型(也就是各式芯片)。然而,如果没有良好的地基,盖出来的房子就会歪来歪去,不合自己所意,为了做出完美的房子,便需要一个平稳的基板。对芯片制造来说,这个基板就是接下来将描述的晶圆。
纯化分成两个阶段,第一步是冶金级纯化,此一过程主要是加入碳,以氧化还原的方式,将氧化矽转换成98%以上纯度的矽。大部份的金属提炼,像是铁或铜等金属,皆是采用这样的方式获得足够纯度的金属。但是,98%对于芯片制造来说依旧不够,仍需要进一步提升。因此,将再进一步采用西门子制程(Siemensprocess)作纯化,如此,将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。
然而,8寸、12寸又代表什么东西呢?其实指的是晶柱,也就是上方图片中长得像铅笔笔杆部分的直径。至于制造大尺寸晶圆又有什么难度呢?如前面所说,晶柱的制作过程就像是在做棉花糖一样,一边旋转一边成型。有制作过棉花糖的话,应该都知道要做出大而且扎实的棉花糖是相当困难的,而拉晶的过程也是一样,旋转拉起的速度以及温度的控制都会影响到晶柱的品质。也因此,尺寸愈大时,拉晶对速度与温度的要求就更高,因此要做出高品质12寸晶圆的难度就比8寸晶圆还来得高。