晶圓是半導(dǎo)體制造的基礎(chǔ)襯底材料,本質(zhì)上是高純度的單晶硅(或其他半導(dǎo)體材料,如砷化鎵、碳化硅等)薄片。它的制作過程極具精密性,核心步驟包括:
原料提純:將石英砂(主要成分 SiO?)通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為多晶硅,純度需達(dá)到 99.9999999%(9 個(gè) 9)以上,行業(yè)內(nèi)稱為 “電子級(jí)多晶硅”。
單晶生長:采用 “直拉法(CZ 法)” 或 “區(qū)熔法(FZ 法)” 將多晶硅熔融后,培育出單晶體的硅棒(Ingot)—— 單晶硅的原子排列高度有序,這是半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)電流控制的核心前提。
切割與拋光:將硅棒用金剛石鋸片切割成厚度均勻(通常幾十到幾百微米)的薄片,再經(jīng)過多次研磨、化學(xué)拋光,最終得到表面如鏡面般光滑、厚度一致的晶圓。
晶圓的核心價(jià)值是提供一個(gè)純凈、均勻、原子級(jí)平整的 “基底”,后續(xù)所有半導(dǎo)體制造工藝(如光刻、蝕刻、離子注入、金屬化等)都直接在晶圓表面進(jìn)行,最終切割成獨(dú)立的芯片(Chip/Dice)。
外延片是在晶圓(襯底)表面通過 “外延生長” 技術(shù)形成一層或多層特定材料、特定厚度、特定摻雜濃度的半導(dǎo)體薄膜(外延層) 后的產(chǎn)物。
“外延(Epitaxy)” 一詞源于希臘語,意為 “在上面排列”,核心是讓外延層的原子與襯底晶圓的原子實(shí)現(xiàn) “晶格匹配”—— 即外延層原子的排列順序、間距與襯底保持高度一致,形成連續(xù)的單晶結(jié)構(gòu)。
常見的外延生長方法包括:
外延片的核心作用是優(yōu)化半導(dǎo)體器件的性能:例如,在硅晶圓上生長一層 “硅外延層”,可減少襯底缺陷對(duì)器件的影響;在砷化鎵襯底上生長鋁鎵砷外延層,可制作高性能的光電子器件(如激光器)。
二者的本質(zhì)是 “基礎(chǔ)襯底” 與 “功能化襯底” 的關(guān)系,核心區(qū)別體現(xiàn)在 5 個(gè)維度:
簡單來說,晶圓是半導(dǎo)體制造的 “起點(diǎn)”,而外延片是為滿足高端器件性能需求而進(jìn)行的 “功能化升級(jí)產(chǎn)物”。