晶圓和芯片的關系

晶圓概述

了解晶圓和芯片的關系，下文介紹晶圓與芯片各自知識要領。

（一）什么是晶圓

晶圓是指硅半導體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓；在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結構，而成為有特定電性功能的集成電路產品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅礦石經由電弧爐提煉，鹽酸氯化，并經蒸餾后，制成了高純度的多晶硅，其純度高達99.999999999%。

（二）晶圓基本原料

硅是由石英砂所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導體的材料，經過照相制版，研磨，拋光，切片等程序，將多晶硅融解拉出單晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圓。

（三）晶圓制造過程

晶圓是制造半導體芯片的基本材料，半導體集成電路最主要的原料是硅，因此對應的就是硅晶圓。

硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造可以歸納為三個基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。

首先是硅提純，將沙石原料放入一個溫度約為2000 ℃，并且有碳源存在的電弧熔爐中，在高溫下，碳和沙石中的二氧化硅進行化學反應（碳與氧結合，剩下硅），得到純度約為98%的純硅，又稱作冶金級硅，這對微電子器件來說不夠純，因為半導體材料的電學特性對雜質的濃度非常敏感，因此對冶金級硅進行進一步提純：將粉碎的冶金級硅與氣態的氯化氫進行氯化反應，生成液態的硅烷，然后通過蒸餾和化學還原工藝，得到了高純度的多晶硅，其純度高達99.999999999%，成為電子級硅。

接下來是單晶硅生長，最常用的方法叫直拉法（CZ法）。如下圖所示，高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約1400 ℃，爐中的氣體通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時又不會產生不需要的化學反應。為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向：坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉，同時慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長上去。

因此所生長的晶體的方向性是由籽晶所決定的，在其被拉出和冷卻后就生長成了與籽晶內部晶格方向相同的單晶硅棒。用直拉法生長后，單晶棒將按適當的尺寸進行切割，然后進行研磨，將凹凸的切痕磨掉，再用化學機械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡，晶圓片制造就完成了。

單晶硅棒的直徑是由籽晶拉出的速度和旋轉速度決定的，一般來說，上拉速率越慢，生長的單晶硅棒直徑越大。而切出的晶圓片的厚度與直徑有關，雖然半導體器件的制備只在晶圓的頂部幾微米的范圍內完成，但是晶圓的厚度一般要達到1 mm，才能保證足夠的機械應力支撐，因此晶圓的厚度會隨直徑的增長而增長。

晶圓制造廠把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆晶面取向確定的籽晶在熔融態的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經過切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為集成電路工廠的基本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。

芯片概述

（一）什么是芯片

集成電路，縮寫作 IC；或稱微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）在電子學中是一種把電路（主要包括半導體設備，也包括被動組件等）小型化的方式，并時常制造在半導體晶圓表面上。

（二）芯片制造過程

芯片制作完整過程包括芯片設計、晶片制作、封裝制作、測試等幾個環節，其中晶片制作過程尤為的復雜。

首先是芯片設計，根據設計的需求，生成的“圖樣”，芯片的原料是晶圓。

晶圓的成分是硅，硅是由石英沙所精練出來的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導體的材料，將其切片就是芯片制作具體所需要的晶圓。晶圓越薄，生產的成本越低，但對工藝就要求的越高。

晶圓涂膜

晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種。

晶圓光刻顯影、蝕刻

光刻工藝的基本流程如下圖所示。首先是在晶圓（或襯底）表面涂上一層光刻膠并烘干。烘干后的晶圓被傳送到光刻機里面。光線透過一個掩模把掩模上的圖形投影在晶圓表面的光刻膠上，實現曝光，激發光化學反應。對曝光后的晶圓進行第二次烘烤，即所謂的曝光后烘烤，后烘烤是的光化學反應更充分。最后，把顯影液噴灑到晶圓表面的光刻膠上，對曝光圖形顯影。顯影后，掩模上的圖形就被存留在了光刻膠上。

涂膠、烘烤和顯影都是在勻膠顯影機中完成的，曝光是在光刻機中完成的。勻膠顯影機和光刻機一般都是聯機作業的，晶圓通過機械手在各單元和機器之間傳送。整個曝光顯影系統是封閉的，晶圓不直接暴露在周圍環境中，以減少環境中有害成分對光刻膠和光化學反應的影響。

摻加雜質

將晶圓中植入離子，生成相應的P、N類半導體。

晶圓測試

經過上面的幾道工藝之后，晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。

封裝

將制造完成晶圓固定，綁定引腳，按照需求去制作成各種不同的封裝形式，這就是同種芯片內核可以有不同的封裝形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶的應用習慣、應用環境、市場形式等外圍因素來決定的。

測試、包裝

經過上述工藝流程以后，芯片制作就已經全部完成了，這一步驟是將芯片進行測試、剔除不良品，以及包裝。

晶圓和芯片的關系

芯片是由N多個半導體器件組成 半導體一般有 二極管 三極管 場效應管 小功率電阻 電感 電容等等。

就是在圓井中使用技術手段 改變 原子核的自由電子濃度改變原子多子（電子）或少子（空穴）是原子核產生正電荷或負電荷的物理特性 構成各種半導體。

硅 鍺 是常用的半導體材料 他們的特性及材質是容易大量并且成本低廉使用于上述技術的材料。

一個硅片中就是大量的半導體器件組成 當然功能就是按需要將半導體組成電路而存在于硅片內 封裝后就是IC了 集成電路。

晶圓和芯片的關系-一個芯片有多少晶圓

這個要根據你的die的大小和wafer的大小以及良率來決定的。

目前業界所謂的6寸，12寸還是18寸晶圓其實就是晶圓直徑的簡稱，只不過這個吋是估算值。實際上的晶圓直徑是分為150mm，300mm以及450mm這三種，而12吋約等于305mm，為了稱呼方便所以稱之為12吋晶圓。

國際上Fab廠通用的計算公式：

一塊完整的wafer

名詞解釋：wafer 即為圖片所示的晶圓，由純硅（Si）構成。一般分為6英寸、8英寸、12英寸規格不等，晶片就是基于這個wafer上生產出來的。Wafer上的一個小塊，就是一個晶片晶圓體，學名die，封裝后就成為一個顆粒。一片載有Nand Flash晶圓的wafer，wafer首先經過切割，然后測試，將完好的、穩定的、足容量的die取下，封裝形成日常所見的Nand Flash芯片。

那么，在wafer上剩余的，要不就是不穩定，要不就是部分損壞所以不足容量，要不就是完全損壞。原廠考慮到質量保證，會將這種die宣布死亡，嚴格定義為廢品全部報廢處理。

die和wafer的關系

品質合格的die切割下去后，原來的晶圓就成了下圖的樣子，就是挑剩下的Downgrade Flash Wafer。

篩選后的wafer

這些殘余的die，其實是品質不合格的晶圓。被摳走的部分，也就是黑色的部分，是合格的die，會被原廠封裝制作為成品NAND顆粒，而不合格的部分，也就是圖中留下的部分則當做廢品處理掉。

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