近年來(lái)栽惶，國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)越來(lái)越重視，已經(jīng)將集成電路作為重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一芍殖。作為全球最重要的電子制造基地豪嗽，中國(guó)的電子應(yīng)用市場(chǎng)巨大，有著廣闊的前景。盡管如此龟梦，我們?nèi)圆荒苓^(guò)于驕傲隐锭，畢竟還有很多的技術(shù)等待著去突破，除了芯片相關(guān)技術(shù)计贰，晶圓的制造也是相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)钦睡。
硅晶圓制造的三大步驟
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、砂礫中躁倒，硅晶圓的制造有三大步驟：硅提煉及提純荞怒、單晶硅生長(zhǎng)、晶圓成型秧秉。
1褐桌、硅提煉及提純
硅的提純是第一道工序，需將沙石原料放入一個(gè)溫度超過(guò)兩千攝氏度的并有碳源的電弧熔爐中象迎，在高溫下發(fā)生還原反應(yīng)得到冶金級(jí)硅荧嵌，然后將粉碎的冶金級(jí)硅與氣態(tài)的氯化氫反應(yīng)，生成液態(tài)的硅烷砾淌，然后通過(guò)蒸餾和化學(xué)還原工藝啦撮，得到了高純度的多晶硅。
2汪厨、單晶硅生長(zhǎng)
晶圓企業(yè)常用的是直拉法赃春，如上圖所示，高純度的多晶硅放在石英坩堝中劫乱，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱织中，溫度維持在大約一千多攝氏度，爐中的空氣通常是惰性氣體要拂，使多晶硅熔化抠璃，同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生不需要的化學(xué)反應(yīng)站楚。
為了形成單晶硅脱惰，還需要控制晶體的方向，坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉(zhuǎn)窿春，把一顆籽晶浸入其中拉一，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)慢慢地旧乞、垂直地由硅熔化物中向上拉出蔚润。
熔化的多晶硅會(huì)粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長(zhǎng)上去尺栖。用直拉法生長(zhǎng)后嫡纠，單晶棒將按適當(dāng)?shù)某叽邕M(jìn)行切割，然后進(jìn)行研磨，再用化學(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面光滑如鏡除盏，這時(shí)候晶圓片就制造完成了叉橱。
晶圓制造廠把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶者蠕，然后將其慢慢拉出窃祝，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(tài)的硅原料中逐漸生成踱侣。
3粪小、晶圓成型
完成了上述兩道工藝， 硅晶棒再經(jīng)過(guò)切段抡句，滾磨探膊，切片，倒角待榔，拋光突想，激光刻，包裝后究抓，即成為集成電路工廠的基本原料——硅晶圓片猾担，這就是“晶圓”。
晶圓制造到底難在哪刺下？
晶圓的制造工藝倒不是很復(fù)雜绑嘹，其難度在于半導(dǎo)體產(chǎn)品對(duì)晶圓的純度要求很高，純度需要達(dá)到99.999999999%或以上橘茉。
以硅晶片為例工腋，硅從石英砂里提煉出來(lái)，在高溫下畅卓，碳和里面的二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)只能得到純度約為98%的純硅擅腰，這對(duì)于微電子器件來(lái)說(shuō)不夠純，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電學(xué)特性對(duì)雜質(zhì)的濃度非常敏感翁潘，因此需要進(jìn)一步提純趁冈。
而在進(jìn)行硅的進(jìn)一步提純工藝中，光刻技術(shù)的難度很高拜马，在晶圓制造工藝中渗勘，光刻是必須經(jīng)歷的一個(gè)步驟。
光刻工藝是晶圓制造最大的“一道坎”
晶圓制造中的光刻是指在硅片表面勻膠俩莽，然后將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移光刻膠上的過(guò)程將器件或電路結(jié)構(gòu)臨時(shí)“復(fù)制”到硅片上的過(guò)程旺坠。
1、光刻去薄膜是晶圓制造的必經(jīng)流程
由于晶圓生產(chǎn)工藝中扮超，其表面會(huì)形成薄膜取刃，這需要光刻技術(shù)將它去掉蹋肮。在晶圓制造過(guò)程中，晶體璧疗、電容括尸、電阻等在晶圓表面或表層內(nèi)構(gòu)成，這些部件是每次在一個(gè)掩膜層上生成的病毡，并且結(jié)合生成薄膜及去除特定部分濒翻，通過(guò)光刻工藝過(guò)程，最終在晶圓上保留特征圖形的部分啦膜。
2有送、光刻確定尺寸，馬虎不得
光刻確定了器件的關(guān)鍵尺寸僧家，光刻過(guò)程中的錯(cuò)誤可造成圖形歪曲或套準(zhǔn)不好雀摘，最終可轉(zhuǎn)化為對(duì)器件的電特性產(chǎn)生影響。
3八拱、高端光刻機(jī)產(chǎn)能?chē)?yán)重不足
光刻機(jī)也叫掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)阵赠，曝光系統(tǒng)，光刻系統(tǒng)等肌稻，常用的光刻機(jī)是掩膜對(duì)準(zhǔn)光刻清蚀。光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底爹谭、旋涂光刻膠枷邪、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光诺凡、后烘东揣、顯影、硬烘腹泌、刻蝕等工序嘶卧。目前光刻機(jī)市場(chǎng)，以荷蘭凉袱、日本的企業(yè)為主力軍芥吟，全球能制造出光刻機(jī)的企業(yè)不足百家，能造出頂尖的光刻機(jī)的不足五家绑蔫，在高端光刻機(jī)市場(chǎng)运沦，中國(guó)企業(yè)幾乎全軍覆沒(méi)泵额。
15家硅晶圓供應(yīng)商壟斷95%以上市場(chǎng)
正是由于晶圓制造難度大配深，客戶對(duì)純度與尺寸的要求很高，全球的主要15家硅晶圓供應(yīng)商壟斷了95%以上市場(chǎng)嫁盲。
以信越半導(dǎo)體篓叶、盛高烈掠、環(huán)球晶圓、世創(chuàng)缸托、LG等為代表的晶圓企業(yè)幾乎供應(yīng)了全球八成的半導(dǎo)體企業(yè)左敌，而且長(zhǎng)期處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。以全球第三大晶圓廠臺(tái)灣環(huán)球晶圓為例俐镐，其晶圓訂單到2020年方可消化完全矫限。
由于布局早、產(chǎn)業(yè)鏈成熟等原因佩抹，臺(tái)灣和日本的晶圓企業(yè)占據(jù)了全球主要產(chǎn)能叼风。技術(shù)上，它們的優(yōu)勢(shì)非常明顯棍苹，尤其是在大尺寸的晶圓生產(chǎn)上无宿。
中國(guó)這幾年對(duì)晶圓生產(chǎn)的重視，誕生了許多晶圓企業(yè)枢里，逐步形成了長(zhǎng)三角孽鸡、中西部為核心、輻射周邊的局面栏豺，目前很多企業(yè)都具備8英寸晶圓的實(shí)力彬碱。據(jù)悉，12英寸晶圓方面也是好消息不斷奥洼，上海新昇近日表示堡妒，他們的12英寸晶圓已通過(guò)認(rèn)證，預(yù)計(jì)年底能達(dá)到每個(gè)月10萬(wàn)片的產(chǎn)能溉卓。
綜述：隨著AI皮迟、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，晶圓市場(chǎng)會(huì)更加緊俏桑寨，尤其是大尺寸伏尼、高純度的晶圓，巨大的市場(chǎng)前景也讓很多企業(yè)蠢蠢欲動(dòng)尉尾。未來(lái)爆阶，晶圓制造工藝會(huì)越來(lái)越透明化，對(duì)于初創(chuàng)企業(yè)而言沙咏，通過(guò)學(xué)習(xí)“前輩們”的經(jīng)驗(yàn)辨图，將晶圓工藝中的這些技術(shù)難題逐一解決，挑戰(zhàn)巨頭的地位就多了些籌碼肢藐，晶圓市場(chǎng)不應(yīng)該只是這幾家的天下故河。
