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矽晶圆

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矽晶圆，是由高纯度的矽原料(Silicon)制成，经切割后而成的圆形薄板，是用于制造半导体元件的基板材料。其原始材料“ 矽 ”，是将二氧化矽矿石，经由电弧炉提炼、盐酸氯化及蒸馏处理后，制成高纯度的多晶矽（其纯度要求高达 99.999999% ）。将此多晶矽加热溶解后再透过“长晶”这个过程将其拉成不同尺寸的矽晶圆。而依面积大小有 3吋、 4吋、 5吋、 6吋、 8吋及 12吋等规格之分（我们现在常在新闻中听到 8 吋、 12 吋晶圆），这些矽晶圆经送至 晶圆厂 内制造晶片电路后，再经切割、测试、封装等程序，即成为市面上一颗颗的 IC。现今，半导体被广泛应用在智慧型手机、个人电脑、电视、汽车、电动车等的电子机器之中，此材料可以说是支持著我们的日常生活，扮演著非常重要的角色。随著5G、IoT、EV Car、AI等新应用的普及，预测半导体市场的未来仍会持续成长。

晶圆材料简介

1950年代初期以前，锗是最普遍被使用的半导体材料，但因其能隙较小（仅0.66eV），使其操作温度只能达到90℃，加上锗的另一项缺点，是无法在表面提供一稳定的钝性氧化层，反观矽不仅能隙较大（1.12eV），使得操作温度可以高达200℃，况且矽晶表面可以形成一稳定氧化层（SiO2），都让矽在半导体的应用优于锗，因为氧化层可以被用在基本的积体电路架构中，虽然GaAs被发现有比矽具有更高的电子移动率（electron mobility），且有直接能隙（direct bandgap），所以一度被寄与高度期待，可惜因高品质及大尺寸GaAs不易生产，因此仍无法撼动矽晶材料在半导体产业的地位。

目前半导体产业所使用的矽晶圆材料，依其制程设计和产品差异主要分为抛光晶圆（polished wafer）及磊晶晶圆（epitaxial wafer）两种，其均由高纯度电子级多晶矽经由长晶（crystal pulling）、切片（slicing）、磨边（beveling）、磨面（lapping）、蚀刻（etching）、抛光（polishing）、清洗（cleaning）等步骤，而生成一符合电性、表面物性、杂质标准等规格的抛光晶圆，抛光晶圆如果再经由化学气相沉积反应，成长一层不同电阻率的单晶薄膜，就成为磊晶晶圆，为因应半导体元件发展趋势，目前还有所谓的先进矽晶圆材料，例如：热处理晶圆（anneal wafer）、SOI （silicon-on-insulator）晶圆等，若在蚀刻之前经过不同thermal cycle（调整热处理温度、时间等）或掺杂N，使晶圆表面性质更佳，便是热处理晶圆，SOI晶圆则是由矽及氧化矽作成三明治结构，适合应用作高速、高电压或省电元件。整个矽晶圆材料的生产制造系以长晶制程为主轴，因为矽晶圆材料主要性质是由晶体生长过程所决定，后段加工制程则在于避免造成其他的污染源与缺陷。

矽晶圆材料长晶法又分为CZ（Czochralski）法与FZ（float zone）法，前法所长出的矽晶圆，主要用来生产低功率积体电路元件，FZ法生长出的矽晶圆，则主要用在高功率电子元件，随著IC技术线宽日益缩小，矽晶圆材料的微缺陷，例如COP（Crystal Originated Particle）、D-defects，对制程良率的影响更为显著，也势必促使矽晶圆材料规格要求更趋严格。

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矽晶圆的制作流程跟方法是如何呢?