??■晶圓為什么是圓的而不是方的？??

因?yàn)樗芯A，不叫晶方。開(kāi)個(gè)玩笑。

按理說(shuō)，方型的die放在圓形的wafer里總會(huì)不可避免有空間浪費(fèi)，為什么不做成方型的更節(jié)省空間。

Die：晶圓生產(chǎn)完成后，將各集成電路切割分開(kāi)，成為晶粒，一粒、一粒的，每一粒就是一個(gè)集成電路，也就是未封裝的芯片，即裸晶。

Wafer：即晶圓，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，Die就是基于wafer上生產(chǎn)出來(lái)的。

因?yàn)橹谱鞴に嚊Q定了它是圓形的。提純過(guò)后的高純度多晶硅是在一個(gè)子晶(seed)上旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)出來(lái)的。多晶硅被融化后放入一個(gè)坩堝(Quartz Crucible)中，再將子晶放入坩堝中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)并且向上提拉，則熔融的硅會(huì)沿著子晶向形成一個(gè)圓柱體的硅錠(ingot)。這種方法就是現(xiàn)在一直在用的CZ法(Czochralski)，也叫單晶直拉法。如下圖：

然后硅錠再經(jīng)過(guò)金剛線切割變成硅片：

硅片經(jīng)過(guò)打磨等處理后就可以進(jìn)行后續(xù)的工序了。

單晶直拉法工藝中的旋轉(zhuǎn)提拉決定了硅錠的圓柱型，從而決定晶圓是圓形的。

為什么后來(lái)又不圓了呢？其實(shí)中間有個(gè)過(guò)程被掠過(guò)了，即Flat/Notch Grinning。

其在硅錠做出來(lái)后就要進(jìn)行。在200mm以下的硅錠上是切割一個(gè)平角，叫做Flat。在200mm（含）以上硅錠上，為了減少浪費(fèi)，只裁剪個(gè)圓形小口，叫做Notch。切片后晶圓就變成了這樣：

如果你仔細(xì)看本文的第一個(gè)圖，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它其實(shí)是有缺一個(gè)小豁口的。

為什么要這樣做呢？其實(shí)，這個(gè)小豁口因?yàn)樘拷吘壎液苄。谥谱?/span>Die時(shí)是注定沒(méi)有用的，這樣做可以幫助后續(xù)工序確定Wafer擺放位置，為了定位，也標(biāo)明了單晶生長(zhǎng)的晶向。定位設(shè)備可以是這樣：

這樣切割和測(cè)試都比較方便。嚴(yán)格意義上所有的Wafer都不是圓形的。如果忽略Flat/Notch這些小問(wèn)題，那它的圓形由工藝所決定。

■圓形的芯片其實(shí)更難制造

硅片在經(jīng)過(guò)涂膠、光刻、刻蝕、離子注入等步驟后，一顆顆芯片才會(huì)被制造出來(lái)，不過(guò)此時(shí)芯片還是“長(zhǎng)”在晶圓上的，需要經(jīng)過(guò)切割才能變成一顆顆單獨(dú)的芯片。

想象一下，方形的芯片僅需幾刀就可以全部切下。如果是圓形的芯片呢？恐怕就要耗費(fèi)比方形幾倍的時(shí)間來(lái)切割了。從封裝方向看，方形的芯片也便于進(jìn)行引線操作，即使是Flip chip型封裝，方形也更方便機(jī)器操作芯片將I/O接口與焊盤(pán)對(duì)齊。

最重要的一點(diǎn)，圓形芯片并不能解決硅片面積浪費(fèi)的問(wèn)題。在一個(gè)晶圓上切下許多方形區(qū)域，這些區(qū)域中間不會(huì)有縫隙，僅會(huì)在晶圓邊緣留下空余。但如果從一個(gè)平面上切下很多圓形的區(qū)域，中間就一定會(huì)有部分區(qū)域被浪費(fèi)，同時(shí)還不能避免晶圓外圍的浪費(fèi)。

圓形排列會(huì)有縫隙

其實(shí)節(jié)約晶圓面積始終是一項(xiàng)重要課題。晶圓上能生產(chǎn)的芯片越多，生產(chǎn)效率就越高，單顆芯片的成本也越低。目前解決生產(chǎn)效率的最好方法就是提高晶圓面積，也就是我們熟悉的微積分。

晶圓越大，空余面積越小

從圖片中可以簡(jiǎn)單看出，當(dāng)芯片面積固定時(shí)，采用更大的晶圓可以有效提升晶圓利用率。以國(guó)際上Fab廠通用的計(jì)算公式看：

在12寸晶圓上生產(chǎn)100mm2的芯片約能生產(chǎn)660塊芯片，而采用8寸晶圓，就只有180塊芯片，晶圓面積減少50%，但芯片數(shù)量卻少了72%。因此，目前12寸晶圓成為全球更大IDM與foundry廠商的主要戰(zhàn)場(chǎng)。我國(guó)目前只有少量企業(yè)擁有12英寸的半導(dǎo)體硅片制造技術(shù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)正在加速追趕世界前列。 

從晶圓利用率看，目前不可能有圓形的芯片了，但是真的存在方形的“晶圓”，不僅存在還很常見(jiàn)。

■方形的光伏硅片

硅片除了可以制作芯片外，在光伏領(lǐng)域也是極其重要的部分。

光伏發(fā)電是利用硅片的光伏效應(yīng)，將陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電形式。晶體硅的光伏效應(yīng)多晶與單晶都適用，不過(guò)單晶硅晶體完整，光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)均一，機(jī)械強(qiáng)度更高，且光電轉(zhuǎn)換更高效，所以單晶電池轉(zhuǎn)換效率可以比多晶電池高2-3個(gè)百分點(diǎn)。

太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)（電池片即為硅片）

光伏單晶硅的制備過(guò)程的前期與芯片單晶硅相同，都是先將高純硅加熱至熔融態(tài)，再?gòu)闹欣鲆桓鶈尉Ч璋簟Ｇ衅埃夥钑?huì)先將硅棒切成長(zhǎng)方體，這樣硅片的橫截面就變成方形了。采用方形的原因同樣很簡(jiǎn)單，如果光伏電池是圓形的，多個(gè)電池排列成太陽(yáng)能電池板中間就會(huì)出現(xiàn)空隙，降低了整體轉(zhuǎn)化率。

與芯片相比，制造光伏板對(duì)硅純度的要求要稍低，純度標(biāo)準(zhǔn)只需要99.9999%，達(dá)不到制作芯片的99.999999999%。

半導(dǎo)體硅片與光伏硅片區(qū)別

■總結(jié)

回答一下標(biāo)題提出的問(wèn)題，芯片為什么是方的？圓形芯片難以切割，后續(xù)封裝階段也不方便控制，最重要的是，圓形芯片不能解決晶圓面積浪費(fèi)的問(wèn)題。為什么晶圓是圓的？在生產(chǎn)芯片的過(guò)程中，圓形晶圓由于力學(xué)因素生產(chǎn)更方便，良率更高，且硅棒天然是圓柱型，晶圓自然也就是圓形了。不過(guò)在光伏領(lǐng)域，方形硅片在電池封裝時(shí)不會(huì)浪費(fèi)空間，所以光伏硅片采用方形。

??來(lái)源：半導(dǎo)體材料與工藝設(shè)備??