为什么晶圆都是圆的不是方的？

为什么晶圆不是方的？。是啊，圆形的wafer里面方形的Die，总是不可避免有些空间浪费了…
有同学在微信公众号向我提了个很好的问题：“为什么晶圆不是方的？”。是啊，圆形的wafer里面方形的Die，总是不可避免有些空间浪费了：

                               
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黑色的区域浪费有点可惜，如果是方的不是正好全部用上吗？对于这个问题，我的回答就是：“因为叫做晶圆不叫做晶方！”
嘻嘻，开个玩笑，不过严肃说起来晶圆并不是完全的圆形，你看到的晶圆是这样的：

                               
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为什么我知道的晶圆是这样的？

                               
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或是这样的：

                               
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为什么晶圆是圆形的？

因为制作工艺决定了它是圆形的。因为提纯过后的高纯度多晶硅是在一个子晶(seed)上旋转生长出来的。多晶硅被融化后放入一个坩埚(Quartz Crucible)中，再将子晶放入坩埚中匀速转动并且向上提拉，则熔融的硅会沿着子晶向长成一个圆柱体的硅锭(ingot)。这种方法就是现在一直在用的CZ法(Czochralski)，也叫单晶直拉法。如下图：

                               
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然后硅锭在经过金刚线切割变成硅片：

                               
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在经过打磨等等处理后就可以进行后续的工序了（CPU制造的那些事之一：i7和i5其实是孪生兄弟！？）
单晶直拉法工艺中的旋转提拉决定了硅锭的圆柱型，从而决定晶圆是圆形的。


为什么后来又不圆了呢？

那为啥后来又不圆了呢？其实这个中间有个过程掠过了，那就是Flat/Notch Grinning。

                               
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它在硅锭做出来后就要进行了。在200mm以下的硅锭上是切割一个平角，叫做Flat。在200mm（含）以上硅锭上，为了减少浪费，只裁剪个圆形小口，叫做Notch（参考资料2）。在切片后晶圆就变成了这样：

                               
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如果你仔细看我的第一个图，你也会发现它其实是有缺一个小豁口的。
为什么要这样做呢？这不是浪费吗？其实，这个小豁口因为太靠近边缘而且很小，在制作Die时是注定没有用的，这样做可以帮助后续工序确定Wafer摆放位置，为了定位，也标明了单晶生长的晶向。定位设备可以是这样：

                               
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这样切割啊，测试啊都比较方便。


结论

严格意义上所有的Wafer都不是圆形的。如果忽略Flat/Notch这些小问题，那它的圆形是工艺决定的。


后记

哈哈，彩蛋来了。其实是有方形的Wafer的：

                               
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你们知道它是干什么的吗？为什么可以是方的吗？

了解一下，不错！

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