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SD卡工廠 芯片中的晶圓是指什么

更新時間:2017-07-22 點擊次數:字號:T|T

在我們常說的SD卡 TF卡 U盤使用的芯片是由晶圓封裝成不同的存儲介質加工成現在的存儲產品,那么在晶圓要是由什么組成,所謂的晶圓到底是什么東西,我們說的幾寸晶圓是指什么部分,制造這些晶圓要什么要求或者難度。看下面的詳解相信你看完后會有很深的了解。

何謂晶圓?

晶圓(wafer),是制造各式計算機芯片的基礎。我們可以將芯片制造比擬成用樂高積木蓋房子,藉由一層又一層的堆棧,完成自己期望的造型(也就是各式芯片)。然而,如果沒有良好的地基,蓋出來的房子就會歪來歪去,不合自己所意,為了做出完美的房子,便需要一個平穩的基板。對芯片制造來說,這個基板就是接下來將描述的晶圓。

首先,先回想一下小時候在玩樂高積木時,積木的表面都會有一個一個小小圓型的凸出物,藉由這個構造,我們可將兩塊積木穩固的迭在一起,且不需使用膠水。芯片制造,也是以類似這樣的方式,將后續添加的原子和基板固定在一起。因此,我們需要尋找表面整齊的基板,以滿足后續制造所需的條件。

在固體材料中,有一種特殊的晶體結構──單晶(Monocrystalline)。它具有原子一個接著一個緊密排列在一起的特性,可以形成一個平整的原子表層。因此,采用單晶做成晶圓,便可以滿足以上的需求。

然而,該如何產生這樣的材料呢,主要有二個步驟,分別為純化以及拉晶,之后便能完成這樣的材料。

如何制造單晶的晶圓

純化分成兩個階段,第一步是冶金級純化,此一過程主要是加入碳,以氧化還原的方式,將氧化硅轉換成 98% 以上純度的硅。大部份的金屬提煉,像是鐵或銅等金屬,皆是采用這樣的方式獲得足夠純度的金屬。但是,98% 對于芯片制造來說依舊不夠,仍需要進一步提升。因此,將再進一步采用西門子制程(Siemens process)作純化,如此,將獲得半導體制程所需的高純度多晶硅。


▲硅柱制造流程(Source: Wikipedia)

接著,就是拉晶的步驟。首先,將前面所獲得的高純度多晶硅融化,形成液態的硅。之后,以單晶的硅種(seed)和液體表面接觸,一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。至于為何需要單晶的硅種,是因為硅原子排列就和人排隊一樣,會需要排頭讓后來的人該如何正確的排列,硅種便是重要的排頭,讓后來的原子知道該如何排隊。最后,待離開液面的硅原子凝固后,排列整齊的單晶硅柱便完成了。


單晶硅柱(Souse:Wikipedia)

然而,8吋、12吋又代表什么東西呢?他指的是我們產生的晶柱,長得像鉛筆筆桿的部分,表面經過處理并切成薄圓片后的直徑。

至于制造大尺寸晶圓又有什么難度呢?如前面所說,晶柱的制作過程就像是在做棉花糖一樣,一邊旋轉一邊成型。有制作過棉花糖的話,應該都知道要做出大而且扎實的棉花糖是相當困難的,而拉晶的過程也是一樣,旋轉拉起的速度以及溫度的控制都會影響到晶柱的質量。也因此,尺寸愈大時,拉晶對速度與溫度的要求就更高,因此要做出高質量 12 吋晶圓的難度就比 8 吋晶圓還來得高。

只是,一整條的硅柱并無法做成芯片制造的基板,為了產生一片一片的硅晶圓,接著需要以鉆石刀將硅晶柱橫向切成圓片,圓片再經由拋光便可形成芯片制造所需的硅晶圓。

(編輯:15920099428)
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