造芯片的晶圆，为什么非得是圆的？ #芯片 #晶圆 #科技

圭晶圆是怎样造出来的

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发布时间：2025-10-14 03:57

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芯片制造之晶圆是怎么制成的
大家能想象吗，毫不起眼的沙子，竟能变成高科技的芯片！目前主流芯片是硅基芯片，而沙子的主要成分是二氧化硅，那要怎样才能从一堆不起眼的沙砾中提取出单晶硅呢？用来制造芯片的沙子是硅含量更高的硅石，而提炼的过程是从硅石到硅锭，硅锭到磨砂款硅棒，磨砂款硅棒到镜面款硅棒（单晶硅）。
所以造芯片的第一步，就是把二氧化硅变成硅锭。使用的制作工具叫坩埚，也叫矿热炉或者电弧电炉，它的熔点是3800摄氏度，膨胀系数却非常小。往坩埚里放入硅石，再加入煤炭和木屑，在2000摄氏度高温下，二氧化硅逐渐熔化，并和碳元素发生还原反应，生成硅单质和一氧化碳。冶炼出的硅液冷凝后，就得到纯度约98% - 99%的硅锭，这叫冶炼级工业硅。但对于半导体行业而言99%的纯度还远远不够。
第二步是对工业硅进行提纯。业界主流的做法是借助氯化氢气体提纯，把硅锭粉碎成渣，在325度高温下，硅渣和氯化氢反应生成氢气和三氯硅烷。这一步的主要杂质包括三氯化铁、三氯化铝、四氯化硅等杂质气体，利用这些气体不同的沸点，通过冷凝器和蒸馏塔控制温度，就能分离出三氯硅烷气体。接下来则是要把高纯度的三氯硅烷再还原成固态硅，在1100摄氏度高温中通入氢气生成硅、氯化氢和四氯化硅，把三氯硅烷还原成固态硅。这时硅含量能高达99.999999999%，但这是由晶体框架结构不均匀、整体是由众多不规则的小晶体构成的多晶硅，像磨砂款的棒。
不过芯片需要晶格均匀、电学性质稳定的单晶硅，所以第三步要把多晶硅变成单晶硅。主流方法是柴可拉斯基法，又称直拉法或提拉法，顾名思义就是在溶液中拉出一根棒子。具体做法是在石英坩埚里加热熔化多晶硅，温度控制在略高于硅的熔点。把一小条单晶硅晶种浸入硅熔液，慢慢向上旋转提拉。拉出来的硅熔液因温度下降凝固成固态硅。刚开始拉出一段细脖子，是因为晶种接触溶液时会有热冲击，容易出现晶体缺陷，等缺陷消失再拉大直径。这样凝固的硅棒就是光滑的单晶硅了。除了提拉法，还有浮带法，在多晶硅棒上套环形加热器，创造一个狭窄且可以平行移动的熔融区域，分段熔融再凝固，能避免容器带来的杂质。现在我们就完成了第三步从多晶硅棒精炼成了单晶硅棒啦。
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