晶圆和芯片的关系

晶圆概述

了解(jie)晶圆和(he)芯片的关系，下(xia)文介绍(shao)晶圆与芯片各自(zi)知识要(yao)领。

（一）什么是晶圆

晶(jing)圆(yuan)是(shi)指硅(gui)半导体集成(cheng)电路制(zhi)作所用(yong)的硅(gui)晶(jing)片，由于(yu)其形状为圆(yuan)形，故称为晶(jing)圆(yuan)；在硅(gui)晶(jing)片上可加工制(zhi)作成(cheng)各(ge)种电路元件结构，而成(cheng)为有特定电性功(gong)能的集成(cheng)电路产品。晶(jing)圆(yuan)的原始材料是(shi)硅(gui)，而地壳表面有用(yong)之不竭的二(er)(er)氧(yang)化硅(gui)。二(er)(er)氧(yang)化硅(gui)矿石经由电弧(hu)炉提(ti)炼，盐(yan)酸(suan)氯(lv)化，并经蒸(zheng)馏后，制(zhi)成(cheng)了高纯度的多(duo)晶(jing)硅(gui)，其纯度高达99.999999999%。

（二）晶圆基本原料

硅(gui)是由(you)石英砂所精(jing)练出(chu)来的(de)，晶(jing)(jing)圆便是硅(gui)元素加(jia)以纯化（99.999%），接着是将这些纯硅(gui)制(zhi)(zhi)成(cheng)(cheng)硅(gui)晶(jing)(jing)棒(bang)，成(cheng)(cheng)为制(zhi)(zhi)造集成(cheng)(cheng)电路的(de)石英半(ban)导体(ti)的(de)材(cai)料，经过照相制(zhi)(zhi)版(ban)，研磨，抛光，切片等程序，将多(duo)晶(jing)(jing)硅(gui)融解拉出(chu)单晶(jing)(jing)硅(gui)晶(jing)(jing)棒(bang)，然后切割成(cheng)(cheng)一片一片薄薄的(de)晶(jing)(jing)圆。

（三）晶圆制造过程

晶圆是制造半导体芯片的(de)基本(ben)材料，半导体集成电路最主要的(de)原料是硅(gui)，因此对(dui)应的(de)就(jiu)是硅(gui)晶圆。

硅在自然界中(zhong)以硅酸盐或二氧(yang)化硅的形式广泛存(cun)在于岩石、砂砾中(zhong)，硅晶(jing)圆的制造可以归纳(na)为三(san)个基本步骤：硅提(ti)炼及提(ti)纯、单晶(jing)硅生长(zhang)、晶(jing)圆成型。

首(shou)先(xian)是(shi)硅(gui)(gui)提纯(chun)，将沙石(shi)原料(liao)放入一个温度(du)约(yue)为(wei)(wei)(wei)2000 ℃，并且有碳(tan)源(yuan)存在的(de)(de)电弧熔炉(lu)中(zhong)(zhong)，在高(gao)温下(xia)，碳(tan)和沙石(shi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)二氧化(hua)(hua)硅(gui)(gui)进行(xing)化(hua)(hua)学反应(ying)（碳(tan)与(yu)氧结合(he)，剩(sheng)下(xia)硅(gui)(gui)），得(de)到纯(chun)度(du)约(yue)为(wei)(wei)(wei)98%的(de)(de)纯(chun)硅(gui)(gui)，又(you)称作冶金(jin)级硅(gui)(gui)，这对(dui)(dui)微电子(zi)器件来(lai)说(shuo)不够(gou)纯(chun)，因(yin)为(wei)(wei)(wei)半导体材料(liao)的(de)(de)电学特性对(dui)(dui)杂质的(de)(de)浓度(du)非常(chang)敏(min)感，因(yin)此对(dui)(dui)冶金(jin)级硅(gui)(gui)进行(xing)进一步提纯(chun)：将粉(fen)碎的(de)(de)冶金(jin)级硅(gui)(gui)与(yu)气态的(de)(de)氯(lv)化(hua)(hua)氢(qing)进行(xing)氯(lv)化(hua)(hua)反应(ying)，生成液(ye)态的(de)(de)硅(gui)(gui)烷，然后(hou)通(tong)过蒸馏和化(hua)(hua)学还原工艺，得(de)到了高(gao)纯(chun)度(du)的(de)(de)多晶硅(gui)(gui)，其纯(chun)度(du)高(gao)达(da)99.999999999%，成为(wei)(wei)(wei)电子(zi)级硅(gui)(gui)。

接下来(lai)是单晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)生长(zhang)，最常用(yong)的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)法(fa)(fa)叫直(zhi)拉(la)法(fa)(fa)（CZ法(fa)(fa)）。如下图(tu)所示(shi)，高纯度的(de)(de)多晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)放(fang)在(zai)(zai)石英坩埚中(zhong)，并用(yong)外面围绕着(zhe)的(de)(de)石墨(mo)加热器不(bu)断加热，温度维持(chi)在(zai)(zai)大(da)约1400 ℃，炉中(zhong)的(de)(de)气(qi)体(ti)(ti)通常是惰性(xing)气(qi)体(ti)(ti)，使(shi)多晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)熔化(hua)(hua)，同时(shi)又不(bu)会产生不(bu)需要的(de)(de)化(hua)(hua)学反应。为了(le)形成单晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)，还需要控制晶(jing)(jing)(jing)体(ti)(ti)的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)：坩埚带着(zhe)多晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)熔化(hua)(hua)物在(zai)(zai)旋转，把一颗(ke)籽(zi)晶(jing)(jing)(jing)浸入(ru)其中(zhong)，并且(qie)由拉(la)制棒带着(zhe)籽(zi)晶(jing)(jing)(jing)作反方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)旋转，同时(shi)慢慢地(di)、垂直(zhi)地(di)由硅(gui)熔化(hua)(hua)物中(zhong)向(xiang)(xiang)(xiang)上(shang)拉(la)出。熔化(hua)(hua)的(de)(de)多晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)会粘在(zai)(zai)籽(zi)晶(jing)(jing)(jing)的(de)(de)底端，按(an)籽(zi)晶(jing)(jing)(jing)晶(jing)(jing)(jing)格排列的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)断地(di)生长(zhang)上(shang)去。

因此所生(sheng)长的晶(jing)体的方(fang)向性是由(you)籽晶(jing)所决定的，在(zai)其被拉出和(he)冷(leng)却后就(jiu)生(sheng)长成了(le)与籽晶(jing)内部晶(jing)格(ge)方(fang)向相同的单晶(jing)硅(gui)棒。用直拉法生(sheng)长后，单晶(jing)棒将按适当(dang)的尺(chi)寸进(jin)行切(qie)割，然(ran)后进(jin)行研磨，将凹凸的切(qie)痕磨掉，再用化学机械抛光工艺使其至少一面光滑如(ru)镜，晶(jing)圆片(pian)制造就(jiu)完(wan)成了(le)。

单晶硅(gui)棒的(de)(de)(de)直径(jing)(jing)(jing)是由籽(zi)晶拉出的(de)(de)(de)速(su)度和旋转(zhuan)速(su)度决(jue)定的(de)(de)(de)，一(yi)般来说，上拉速(su)率越慢，生长的(de)(de)(de)单晶硅(gui)棒直径(jing)(jing)(jing)越大(da)。而切出的(de)(de)(de)晶圆(yuan)片的(de)(de)(de)厚(hou)度与直径(jing)(jing)(jing)有关(guan)，虽(sui)然半导体器件的(de)(de)(de)制(zhi)备(bei)只在(zai)晶圆(yuan)的(de)(de)(de)顶部几微米的(de)(de)(de)范(fan)围内完成，但是晶圆(yuan)的(de)(de)(de)厚(hou)度一(yi)般要达到(dao)1 mm，才能保证足(zu)够的(de)(de)(de)机械应(ying)力支(zhi)撑(cheng)，因(yin)此晶圆(yuan)的(de)(de)(de)厚(hou)度会(hui)随直径(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)增(zeng)长而增(zeng)长。

晶(jing)(jing)(jing)圆制造厂(chang)把这些多晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)融解，再(zai)在融液(ye)里种入籽晶(jing)(jing)(jing)，然后(hou)将其慢慢拉出，以(yi)形成圆柱状的(de)单晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)棒(bang)(bang)，由于硅(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)棒(bang)(bang)是由一颗晶(jing)(jing)(jing)面(mian)取向(xiang)确定的(de)籽晶(jing)(jing)(jing)在熔(rong)融态的(de)硅(gui)(gui)原料中逐渐生成，此过程(cheng)称为“长晶(jing)(jing)(jing)”。硅(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)棒(bang)(bang)再(zai)经(jing)过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包(bao)装后(hou)，即成为集成电路工厂(chang)的(de)基(ji)本原料——硅(gui)(gui)晶(jing)(jing)(jing)圆片，这就是“晶(jing)(jing)(jing)圆”。

芯片概述

（一）什么是芯片

集(ji)成电(dian)路(lu)，缩写(xie)作(zuo) IC；或(huo)称(cheng)微电(dian)路(lu)（microcircuit）、微芯(xin)(xin)片(pian)（microchip）、晶片(pian)/芯(xin)(xin)片(pian)（chip）在电(dian)子学中是一种把电(dian)路(lu)（主(zhu)要包(bao)括(kuo)半(ban)导体设备，也包(bao)括(kuo)被动组件等）小(xiao)型化的方式，并时(shi)常制造在半(ban)导体晶圆表面(mian)上(shang)。

（二）芯片制造过程

芯片(pian)(pian)制作(zuo)完整过程(cheng)(cheng)包括芯片(pian)(pian)设计、晶(jing)(jing)片(pian)(pian)制作(zuo)、封装制作(zuo)、测试(shi)等几个环节，其中晶(jing)(jing)片(pian)(pian)制作(zuo)过程(cheng)(cheng)尤为的复杂。

首先(xian)是芯(xin)片设计(ji)，根据设计(ji)的需求，生成的“图样”，芯(xin)片的原料是晶圆。

晶圆(yuan)(yuan)的(de)(de)成(cheng)分是(shi)硅(gui)(gui)，硅(gui)(gui)是(shi)由(you)石英(ying)沙所(suo)精练(lian)出(chu)来的(de)(de)，晶圆(yuan)(yuan)便是(shi)硅(gui)(gui)元素加以纯化（99.999%），接着是(shi)将这些纯硅(gui)(gui)制(zhi)成(cheng)硅(gui)(gui)晶棒，成(cheng)为制(zhi)造集成(cheng)电(dian)路的(de)(de)石英(ying)半导体的(de)(de)材料(liao)，将其切(qie)片就是(shi)芯片制(zhi)作具体所(suo)需要(yao)的(de)(de)晶圆(yuan)(yuan)。晶圆(yuan)(yuan)越薄(bo)，生产的(de)(de)成(cheng)本越低，但对工(gong)艺就要(yao)求的(de)(de)越高(gao)。

晶圆涂膜

晶圆涂膜能抵抗(kang)氧化以及耐温能力，其材料为(wei)光阻(zu)的(de)一(yi)种。

晶圆光刻显影、蚀刻

光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)工(gong)艺的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)本流(liu)程(cheng)如下图所(suo)示。首先是在(zai)晶(jing)圆(yuan)(yuan)(yuan)（或衬(chen)底）表面(mian)涂(tu)上(shang)一层光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)胶并烘干(gan)。烘干(gan)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)圆(yuan)(yuan)(yuan)被(bei)传送到光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)机(ji)里(li)面(mian)。光(guang)(guang)(guang)(guang)线透过一个(ge)掩模把掩模上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)图形投影(ying)在(zai)晶(jing)圆(yuan)(yuan)(yuan)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)胶上(shang)，实现曝光(guang)(guang)(guang)(guang)，激发光(guang)(guang)(guang)(guang)化(hua)学(xue)反(fan)应(ying)。对(dui)曝光(guang)(guang)(guang)(guang)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)圆(yuan)(yuan)(yuan)进行第二次(ci)烘烤，即所(suo)谓的(de)(de)(de)(de)(de)曝光(guang)(guang)(guang)(guang)后(hou)(hou)烘烤，后(hou)(hou)烘烤是的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)化(hua)学(xue)反(fan)应(ying)更充分。最(zui)后(hou)(hou)，把显影(ying)液喷洒到晶(jing)圆(yuan)(yuan)(yuan)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)胶上(shang)，对(dui)曝光(guang)(guang)(guang)(guang)图形显影(ying)。显影(ying)后(hou)(hou)，掩模上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)图形就(jiu)被(bei)存留在(zai)了光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)胶上(shang)。

涂胶、烘烤和显(xian)影(ying)都(dou)是在(zai)匀胶显(xian)影(ying)机(ji)中(zhong)完成的(de)，曝光(guang)是在(zai)光(guang)刻机(ji)中(zhong)完成的(de)。匀胶显(xian)影(ying)机(ji)和光(guang)刻机(ji)一般都(dou)是联机(ji)作业的(de)，晶圆(yuan)通过机(ji)械手在(zai)各(ge)单(dan)元和机(ji)器之间传送。整个曝光(guang)显(xian)影(ying)系(xi)统是封闭的(de)，晶圆(yuan)不直接暴露在(zai)周围环(huan)境(jing)中(zhong)，以减少(shao)环(huan)境(jing)中(zhong)有害成分对(dui)光(guang)刻胶和光(guang)化(hua)学反应的(de)影(ying)响(xiang)。

掺加杂质

将晶圆中植入离子，生成(cheng)相应的P、N类半(ban)导体。

晶圆测试

经过上面的(de)几道工艺(yi)之(zhi)后，晶(jing)(jing)圆上就形成了一(yi)个(ge)个(ge)格状(zhuang)的(de)晶(jing)(jing)粒。通过针测(ce)的(de)方式对每个(ge)晶(jing)(jing)粒进(jin)行电(dian)气特性检测(ce)。

封装

将(jiang)制造完成晶(jing)圆固定，绑定引脚，按照需求去制作成各(ge)种不(bu)同的(de)封(feng)装(zhuang)形(xing)(xing)式，这就(jiu)是同种芯片内(nei)核可以有不(bu)同的(de)封(feng)装(zhuang)形(xing)(xing)式的(de)原(yuan)因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等(deng)等(deng)。这里主(zhu)要是由用(yong)户的(de)应用(yong)习惯、应用(yong)环境、市场形(xing)(xing)式等(deng)外围因素来决定的(de)。

测试、包装

经(jing)过上述(shu)工(gong)艺流程以后，芯片制(zhi)作(zuo)就已经(jing)全部完成了，这一步(bu)骤(zhou)是(shi)将芯片进行(xing)测试、剔除(chu)不良品，以及包(bao)装。

晶圆和芯片的关系

芯片是由N多个(ge)半(ban)导体(ti)器件组成 半(ban)导体(ti)一般有 二(er)极管(guan) 三极管(guan) 场效应管(guan) 小功率电(dian)阻(zu) 电(dian)感(gan) 电(dian)容等等。

就(jiu)是(shi)在(zai)圆井(jing)中使用技术手段(duan) 改变 原子(zi)(zi)核(he)(he)的自由电(dian)子(zi)(zi)浓度改变原子(zi)(zi)多(duo)子(zi)(zi)（电(dian)子(zi)(zi)）或少子(zi)(zi)（空穴）是(shi)原子(zi)(zi)核(he)(he)产(chan)生正电(dian)荷(he)或负(fu)电(dian)荷(he)的物理特性 构成(cheng)各种半导体。

硅 锗 是常用的半导(dao)体材料 他们的特性及材质是容易大(da)量并且成本低廉使用于上述技(ji)术的材料。

一个硅(gui)(gui)片(pian)中(zhong)就是(shi)大量的半(ban)导体器件组成(cheng) 当然功能(neng)就是(shi)按需(xu)要将半(ban)导体组成(cheng)电路而存在于硅(gui)(gui)片(pian)内 封装后就是(shi)IC了(le) 集成(cheng)电路。

晶圆和芯片的关系-一个芯片有多少晶圆

这(zhei)个要根据你的(de)(de)die的(de)(de)大(da)小和wafer的(de)(de)大(da)小以(yi)及良率来决定的(de)(de)。

目前业(ye)界所谓(wei)的6寸，12寸还是(shi)(shi)18寸晶(jing)(jing)圆(yuan)(yuan)其实就(jiu)是(shi)(shi)晶(jing)(jing)圆(yuan)(yuan)直径的简(jian)称，只不过这(zhei)个吋(cun)(cun)是(shi)(shi)估(gu)算值(zhi)。实际上(shang)的晶(jing)(jing)圆(yuan)(yuan)直径是(shi)(shi)分为150mm，300mm以及450mm这(zhei)三种，而12吋(cun)(cun)约等(deng)于305mm，为了(le)称呼方(fang)便所以称之为12吋(cun)(cun)晶(jing)(jing)圆(yuan)(yuan)。

国际上Fab厂通(tong)用的(de)计算(suan)公式：

一块完整的wafer

名(ming)词解释：wafer 即为(wei)图片(pian)所示的晶(jing)圆，由纯硅（Si）构成。一(yi)般(ban)分为(wei)6英寸、8英寸、12英寸规(gui)格不等，晶(jing)片(pian)就是基于这个wafer上(shang)生产出(chu)来(lai)的。Wafer上(shang)的一(yi)个小(xiao)块(kuai)，就是一(yi)个晶(jing)片(pian)晶(jing)圆体，学名(ming)die，封装(zhuang)后就成为(wei)一(yi)个颗(ke)粒。一(yi)片(pian)载有(you)Nand Flash晶(jing)圆的wafer，wafer首先经过切(qie)割，然后测试，将完好的、稳定(ding)的、足容量(liang)的die取下，封装(zhuang)形成日常所见的Nand Flash芯片(pian)。

那么，在wafer上剩余的(de)，要(yao)不(bu)(bu)就是不(bu)(bu)稳定(ding)，要(yao)不(bu)(bu)就是部分损坏(huai)所以不(bu)(bu)足容量(liang)，要(yao)不(bu)(bu)就是完全损坏(huai)。原(yuan)厂考虑到质量(liang)保证，会将这(zhei)种die宣(xuan)布死亡，严格定(ding)义为废品全部报(bao)废处理。

die和wafer的关系

品质合格(ge)的die切割下(xia)去(qu)后，原来的晶圆就(jiu)成了下(xia)图的样子(zi)，就(jiu)是挑剩下(xia)的Downgrade Flash Wafer。

筛选后的wafer

这些残余的(de)die，其实是(shi)品质不合格(ge)的(de)晶圆。被抠走的(de)部(bu)分(fen)，也就(jiu)是(shi)黑(hei)色的(de)部(bu)分(fen)，是(shi)合格(ge)的(de)die，会被原厂封装制(zhi)作为成品NAND颗粒，而不合格(ge)的(de)部(bu)分(fen)，也就(jiu)是(shi)图中留下的(de)部(bu)分(fen)则当做废品处理掉(diao)。

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