晶圓和芯片的關(guān)系

晶圓概述

了解晶圓和芯片的關(guān)系，下文介紹晶圓與芯片各自知識(shí)要領(lǐng)。

（一）什么是晶圓

晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱(chēng)為晶圓；在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能的集成電路產(chǎn)品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并經(jīng)蒸餾后，制成了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%。

（二）晶圓基本原料

硅是由石英砂所精練出來(lái)的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，經(jīng)過(guò)照相制版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圓。

（三）晶圓制造過(guò)程

晶圓是制造半導(dǎo)體芯片的基本材料，半導(dǎo)體集成電路最主要的原料是硅，因此對(duì)應(yīng)的就是硅晶圓。

硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造可以歸納為三個(gè)基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長(zhǎng)、晶圓成型。

首先是硅提純，將沙石原料放入一個(gè)溫度約為2000 ℃，并且有碳源存在的電弧熔爐中，在高溫下，碳和沙石中的二氧化硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)（碳與氧結(jié)合，剩下硅），得到純度約為98%的純硅，又稱(chēng)作冶金級(jí)硅，這對(duì)微電子器件來(lái)說(shuō)不夠純，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電學(xué)特性對(duì)雜質(zhì)的濃度非常敏感，因此對(duì)冶金級(jí)硅進(jìn)行進(jìn)一步提純：將粉碎的冶金級(jí)硅與氣態(tài)的氯化氫進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷，然后通過(guò)蒸餾和化學(xué)還原工藝，得到了高純度的多晶硅，其純度高達(dá)99.999999999%，成為電子級(jí)硅。

接下來(lái)是單晶硅生長(zhǎng)，最常用的方法叫直拉法（CZ法）。如下圖所示，高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約1400 ℃，爐中的氣體通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)。為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向：坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉(zhuǎn)，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會(huì)粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長(zhǎng)上去。

因此所生長(zhǎng)的晶體的方向性是由籽晶所決定的，在其被拉出和冷卻后就生長(zhǎng)成了與籽晶內(nèi)部晶格方向相同的單晶硅棒。用直拉法生長(zhǎng)后，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行切割，然后進(jìn)行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡，晶圓片制造就完成了。

單晶硅棒的直徑是由籽晶拉出的速度和旋轉(zhuǎn)速度決定的，一般來(lái)說(shuō)，上拉速率越慢，生長(zhǎng)的單晶硅棒直徑越大。而切出的晶圓片的厚度與直徑有關(guān)，雖然半導(dǎo)體器件的制備只在晶圓的頂部幾微米的范圍內(nèi)完成，但是晶圓的厚度一般要達(dá)到1 mm，才能保證足夠的機(jī)械應(yīng)力支撐，因此晶圓的厚度會(huì)隨直徑的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

晶圓制造廠(chǎng)把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆晶面取向確定的籽晶在熔融態(tài)的硅原料中逐漸生成，此過(guò)程稱(chēng)為“長(zhǎng)晶”。硅晶棒再經(jīng)過(guò)切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為集成電路工廠(chǎng)的基本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。

芯片概述

（一）什么是芯片

集成電路，縮寫(xiě)作 IC；或稱(chēng)微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）在電子學(xué)中是一種把電路（主要包括半導(dǎo)體設(shè)備，也包括被動(dòng)組件等）小型化的方式，并時(shí)常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。

（二）芯片制造過(guò)程

芯片制作完整過(guò)程包括芯片設(shè)計(jì)、晶片制作、封裝制作、測(cè)試等幾個(gè)環(huán)節(jié)，其中晶片制作過(guò)程尤為的復(fù)雜。

首先是芯片設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，生成的“圖樣”，芯片的原料是晶圓。

晶圓的成分是硅，硅是由石英沙所精練出來(lái)的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，將其切片就是芯片制作具體所需要的晶圓。晶圓越薄，生產(chǎn)的成本越低，但對(duì)工藝就要求的越高。

晶圓涂膜

晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種。

晶圓光刻顯影、蝕刻

光刻工藝的基本流程如下圖所示。首先是在晶圓（或襯底）表面涂上一層光刻膠并烘干。烘干后的晶圓被傳送到光刻機(jī)里面。光線(xiàn)透過(guò)一個(gè)掩模把掩模上的圖形投影在晶圓表面的光刻膠上，實(shí)現(xiàn)曝光，激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)。對(duì)曝光后的晶圓進(jìn)行第二次烘烤，即所謂的曝光后烘烤，后烘烤是的光化學(xué)反應(yīng)更充分。最后，把顯影液噴灑到晶圓表面的光刻膠上，對(duì)曝光圖形顯影。顯影后，掩模上的圖形就被存留在了光刻膠上。

涂膠、烘烤和顯影都是在勻膠顯影機(jī)中完成的，曝光是在光刻機(jī)中完成的。勻膠顯影機(jī)和光刻機(jī)一般都是聯(lián)機(jī)作業(yè)的，晶圓通過(guò)機(jī)械手在各單元和機(jī)器之間傳送。整個(gè)曝光顯影系統(tǒng)是封閉的，晶圓不直接暴露在周?chē)h(huán)境中，以減少環(huán)境中有害成分對(duì)光刻膠和光化學(xué)反應(yīng)的影響。

摻加雜質(zhì)

將晶圓中植入離子，生成相應(yīng)的P、N類(lèi)半導(dǎo)體。

晶圓測(cè)試

經(jīng)過(guò)上面的幾道工藝之后，晶圓上就形成了一個(gè)個(gè)格狀的晶粒。通過(guò)針測(cè)的方式對(duì)每個(gè)晶粒進(jìn)行電氣特性檢測(cè)。

封裝

將制造完成晶圓固定，綁定引腳，按照需求去制作成各種不同的封裝形式，這就是同種芯片內(nèi)核可以有不同的封裝形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶(hù)的應(yīng)用習(xí)慣、應(yīng)用環(huán)境、市場(chǎng)形式等外圍因素來(lái)決定的。

測(cè)試、包裝

經(jīng)過(guò)上述工藝流程以后，芯片制作就已經(jīng)全部完成了，這一步驟是將芯片進(jìn)行測(cè)試、剔除不良品，以及包裝。

晶圓和芯片的關(guān)系

芯片是由N多個(gè)半導(dǎo)體器件組成 半導(dǎo)體一般有 二極管 三極管 場(chǎng)效應(yīng)管 小功率電阻 電感 電容等等。

就是在圓井中使用技術(shù)手段 改變 原子核的自由電子濃度改變?cè)佣嘧樱娮樱┗蛏僮樱昭ǎ┦窃雍水a(chǎn)生正電荷或負(fù)電荷的物理特性 構(gòu)成各種半導(dǎo)體。

硅 鍺 是常用的半導(dǎo)體材料 他們的特性及材質(zhì)是容易大量并且成本低廉使用于上述技術(shù)的材料。

一個(gè)硅片中就是大量的半導(dǎo)體器件組成 當(dāng)然功能就是按需要將半導(dǎo)體組成電路而存在于硅片內(nèi) 封裝后就是IC了 集成電路。

晶圓和芯片的關(guān)系-一個(gè)芯片有多少晶圓

這個(gè)要根據(jù)你的die的大小和wafer的大小以及良率來(lái)決定的。

目前業(yè)界所謂的6寸，12寸還是18寸晶圓其實(shí)就是晶圓直徑的簡(jiǎn)稱(chēng)，只不過(guò)這個(gè)吋是估算值。實(shí)際上的晶圓直徑是分為150mm，300mm以及450mm這三種，而12吋約等于305mm，為了稱(chēng)呼方便所以稱(chēng)之為12吋晶圓。

國(guó)際上Fab廠(chǎng)通用的計(jì)算公式：

一塊完整的wafer

名詞解釋?zhuān)簑afer 即為圖片所示的晶圓，由純硅（Si）構(gòu)成。一般分為6英寸、8英寸、12英寸規(guī)格不等，晶片就是基于這個(gè)wafer上生產(chǎn)出來(lái)的。Wafer上的一個(gè)小塊，就是一個(gè)晶片晶圓體，學(xué)名die，封裝后就成為一個(gè)顆粒。一片載有Nand Flash晶圓的wafer，wafer首先經(jīng)過(guò)切割，然后測(cè)試，將完好的、穩(wěn)定的、足容量的die取下，封裝形成日常所見(jiàn)的Nand Flash芯片。

那么，在wafer上剩余的，要不就是不穩(wěn)定，要不就是部分損壞所以不足容量，要不就是完全損壞。原廠(chǎng)考慮到質(zhì)量保證，會(huì)將這種die宣布死亡，嚴(yán)格定義為廢品全部報(bào)廢處理。

die和wafer的關(guān)系

品質(zhì)合格的die切割下去后，原來(lái)的晶圓就成了下圖的樣子，就是挑剩下的Downgrade Flash Wafer。

篩選后的wafer

這些殘余的die，其實(shí)是品質(zhì)不合格的晶圓。被摳走的部分，也就是黑色的部分，是合格的die，會(huì)被原廠(chǎng)封裝制作為成品NAND顆粒，而不合格的部分，也就是圖中留下的部分則當(dāng)做廢品處理掉。

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