晶圆为何是圆的？晶方不行吗？

    学过物理的同志们应该都知道，导体就是指非常容易导电的物质，像铜、铝、铁等金属都是导体，水和潮湿的土地也是导体。绝缘体就是不能导电的物质，像玻璃、橡胶等都是绝缘体。而半导体顾名思义，常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的且导电性处于人类可控的材料。

    对于任何制造过程而言，可控两个字是一个十分重要的指标。

    那我们常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种，地表含量最高。

    按地球元素含量排行，依次为：氧＞硅＞铝＞铁＞钙＞钠＞钾……可以看到硅排在了第二位，含量巨大，所以可以说半导体工艺始于一粒沙子！

    从沙子变成芯片的关键，在于硅的提纯与单晶硅制备工艺的发展，首先是硅提纯，将沙石原料放入一个温度约为2000℃的电弧熔炉中提纯得到纯度约为98%的纯硅，又称作冶金级硅，这对微电子器件来说不够纯，因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感，因此对冶金级硅进行进一步提纯通过蒸馏和化学还原工艺，得到高纯度的多晶硅，其纯度高达99.999999999%，成为电子级硅。

    随后将纯化后的多晶硅熔融放入Quartz Crucible，再将籽晶浸入匀速转动并且向上提拉，则熔融的硅会沿着籽晶长成一个圆柱体的硅锭(ingot)。大家看到旋转两个字应该就能明白，硅锭生出来就只能是圆柱体。

    当然了，你非是要做"晶方"呢，一个圆柱体它是可以切成长方体的，但是无论是FAB厂还是OSAT都有一个工步叫做涂胶，涂胶的均匀度直接影响芯片的良率，目前常用的涂胶方法就是在硅片中心涂胶，再通过旋转的方式将光刻胶甩开并铺满整个晶圆。由于液体的粘滞性、表面张力与空气阻力，方形晶圆在甩胶后，四个角处会发生光刻胶堆积，最终影响整体的光刻效果，导致良率下降，浪费更多。

    此外，由于边缘应力的存在，圆形晶圆的结构强度也高于方形。硅片在变成晶圆之前需要进行多次光刻、刻蚀、化学研磨等过程，晶圆会在外圈积累较多应力。因此方形的尖角会造成边缘应力集中，在生产过程中极易破损，影响整体良率。

    所以结论就是，你非是要做"晶方"呢，也可以，只能做着玩儿不能产生效益（just for半导体行业，光伏行业是有方形wafer的），要想浪费最小，利益最大化就只能是晶圆

下课！

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投稿人：马丹

排版：张雨