半導體製程(一) | 晶圓製造| 看那玩沙玩到驚呆鬼神的人類文明

平凡無奇的沙到底經歷什麼才成就如此奇蹟？此篇就來介紹IC前段製程──從沙子到晶圓(wafer)。

 ​​半導體製程(一) 晶圓製造 玩沙玩到驚呆鬼神的人類文明​前言 ​ 在電腦、手機、電視等幾乎所有電子產品中，IC奏響著0與1交織的文明故事，彷若踏入神境的二胡大師，僅僅用兩根弦就讓群眾癲狂，讓知音醉心。

當回過神來，那一曲已是引領科技脈動的背景旋律。

此系列就要說說IC的製程與產業鏈，讓各位看官從另一個角度欣賞IC。

IC全名是integratedcircuit，中文叫積體電路，雖然只有指甲大小，卻容納了多如繁星的電路。

出神入化的玩沙技藝   除去封裝，IC的主要原料是半導體，業界主流使用的半導體原料是矽，而矽主要從沙子中提煉，可以說IC是人類玩沙玩出的奇蹟。

平凡無奇的沙到底經歷什麼才成就如此奇蹟？此篇就來介紹IC前段製程──從沙子到晶圓(wafer)。

為了促進IC產業發展，台灣孩童從小就被要求玩沙，或許下一代的半導體工藝已從他們的小手中發芽。

從沙子到晶圓IC製程相當繁雜，本蔥會揀一些較重要的製程介紹，並且省略很多工程方面的細節，希望讓各位看官認識晶圓製造的基本流程。

提煉高純度矽把含有大量二氧化矽(SiO2)的沙子透過一連串化學反應提煉成純度為99.999999999%以上的矽(Si)。

這純度直接影響後續製程的良率，所以至關重要。

雖然已經非常純，但此階段的矽是多晶矽，不能直接用來做晶圓。

​沙子 一連串化學反應多晶矽 單晶矽生長把多晶矽丟入坩鍋中融化，接著把一小塊單晶矽做成的晶種用棒子伸入鍋中，再向上拉升，整個過程棒子都會帶動晶種一起旋轉。

鍋中融化的矽會在晶種上凝固成一根圓柱。

這根圓柱叫做矽晶棒(siliconingot)，而它的構造是單晶矽。

​單晶矽中的原子都整齊地朝同個方向排隊，整塊材料只有一個晶粒。

​ ​多晶矽中的原子就像好多群臭流氓在搶地盤，亂糟糟的。

​晶種的旋轉速度和拉升速度都有很深的學問。

拉升速度越慢，矽晶棒就會越粗，越粗的矽晶棒就能做出越大的晶圓。

​冷卻後的矽晶棒呈銀色，看起來就像重金屬口味的超巨型油條。

矽晶棒外型處理利用切割機把矽晶棒去掉頭尾，接著用鑽石磨輪把它研磨到想要的尺寸並研磨出一道平邊或V型槽。

此平邊或V型槽是用來作為矽結晶方向的記號。

晶棒切片用許多鍍上鑽石粉的線一口氣把晶棒切成很多片晶圓(wafer)。

​切割時，線軸會高速轉動，帶動線切開晶棒。

晶圓圓邊為避免晶圓邊角被碰碎，把它磨成圓弧。

晶圓研光(WaferLapping)晶圓經過前面的粗暴研磨、切割和圓邊，表面已經傷痕累累，這時就要把受傷的表面以「研光(Lapping)」去除。

研光時，上面的轉盤會加壓蓋在晶圓上，並且加入研磨液。

研磨液中含有很多肉眼看不到的堅硬小顆粒，會把晶圓磨得光光亮亮的。

晶圓蝕刻​用化學蝕刻液更徹底地把損傷的晶圓表面去除。

晶圓退火​儘管經過研光和蝕刻，晶圓內還是有部分原子很調皮，沒有按照單晶的方向排好。

要解決這個問題，可以把晶圓加溫，讓原子好好排隊，這個過程就叫退火。

有些原子簡直皮在癢，打死不排隊，還把逆向當有趣。

幸好退火處理能好好整治他們。

晶圓拋光​把晶圓拋光，追求極致的平坦光滑，才能讓後續製程順利在晶圓上刻出細微的電路。

拋光過程中，晶圓會被按在旋轉的拋光墊上，讓研磨液中的極微顆粒與腐蝕液撫平一切。

​晶圓終於可以出貨啦！ 這時的晶圓上還沒有任何電路，只是一片超貴的鏡子而已。

​為什麼要製作晶圓？ ​ 單晶矽構成的晶圓是IC的基底，好的基底才能做出強大的IC。

​ 世界上會做矽晶圓的廠商不多，前五大廠商就囊括九成以上的市佔率，他們分別是信越化學、勝高、環球晶圓、世創、SKSiltron，這五家會把晶圓出貨給台積電、英特爾、三星、鎧俠、美光等IC製造商。

​ 下一篇本蔥就要帶諸位看官看看IC製造商如何把電路刻到晶圓上。

晶圓加工 ​ 有一門神功讓奇蹟誕生於微毫，有一門神功讓寶島屹立於風暴。

來看看讓台積電叱吒風雲的功夫，了解幾奈米製程、幾吋晶圓說的是什麼吧。

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