本文來(lái)自公眾號(hào)【差評(píng)】

關(guān)注了咱們差評(píng)的小伙伴肯定還記得，上個(gè)月的時(shí)候我們討論了一下蘋果造的那顆膠水芯片 —— M1 Ultra 。
當(dāng)時(shí)咱們說(shuō)蘋果的膠水芯片是一種妥協(xié)，因?yàn)橐活w芯片越大，切割之后晶圓四周浪費(fèi)的“ 邊角料 ”就越多。
就好像是一刀 999 的切糕一樣，這玩意要是白白浪費(fèi)了絕對(duì)是渾身肉疼。

話說(shuō)到這兒，我發(fā)現(xiàn)評(píng)論區(qū)就開(kāi)始有小伙伴討論起來(lái)了：
那為什么芯片要做成方的？做成三角形、六邊形的，不就不會(huì)造成晶圓浪費(fèi)了？？？

欸~，不得不說(shuō)大家伙的想法都非常有創(chuàng)意呀，不過(guò)其實(shí)這樣做反而會(huì)增加切割難度，對(duì)芯片的良品率造成影響。

到時(shí)候一核算成本，還不如浪費(fèi)點(diǎn)邊角料來(lái)的劃算。
所以 “ 異形芯片 ” 的思路，其實(shí)是行不太通的。

不過(guò)這時(shí)候可能就要有小伙伴繼續(xù)另辟蹊徑了：
芯片為了保證好切保持方形不能變，那如果直接把底下的硅片做成方形的呢？

把“ 晶圓 ”變成“ 晶方 ”，切芯片的時(shí)候不也就沒(méi)有浪費(fèi)了嘛！

嗯。。。這個(gè)方法，說(shuō)可行也行，說(shuō)不行也不行。
但是要想把它講明白，我得先問(wèn)大家伙這么一個(gè)問(wèn)題：

你們見(jiàn)過(guò)方形的黃瓜嗎？

>/ 先有晶棒，才有晶圓?
眾所周知，芯片是由晶圓刻蝕的，而晶圓則是由高純度的沙子。。。

哦不，高純度的硅元素組成的。
對(duì)普通的石英砂進(jìn)行一系列的高溫還原反應(yīng)，化學(xué)提純反應(yīng)后，我們可以得到下圖這樣的高純度硅棒。

不過(guò)這還只是第一步，這樣的硅棒由多晶硅構(gòu)成，此時(shí)還不能用于生產(chǎn)晶圓。
就像這張圖中間所示的那樣，因?yàn)橹敖?jīng)過(guò)了各種粗獷的化學(xué)反應(yīng)，內(nèi)部的硅晶體結(jié)構(gòu)框架不均勻。
單晶 多晶 不定?▼

充滿了各種不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

而為了消除這些不對(duì)稱的內(nèi)部紊亂，我們還需要對(duì)多晶硅處理，將其轉(zhuǎn)變成可以用于芯片生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，電性能良好的單晶硅。

到了這一步，其實(shí)就是要生產(chǎn)正兒八經(jīng)的晶圓了。
目前行業(yè)里常用的工藝叫做柴可拉斯基法，也有個(gè)非常形象通俗的名字 —— 直拉法，市場(chǎng)占比約為 95 %。咱們常見(jiàn)的邏輯芯片，存儲(chǔ)芯片基本都是用這個(gè)方法生產(chǎn)出來(lái)的。
其中具體發(fā)生的具體變化，咱們可以在這張圖中看個(gè)大概。

首先是將剛才得到的多晶硅放在石英中加熱至熔融狀態(tài)，然后再植入一顆單晶硅 “ 種子 ”。

這融化的硅溶液一碰到單晶硅種子，就可以在硅種子的尾部開(kāi)始有序生長(zhǎng)。
通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)的速度，和提拉的速率，我們就能得到不同寬度，不同長(zhǎng)度的圓柱形單晶硅棒。
注意了！是旋轉(zhuǎn)！

還是沒(méi)什么概念的小伙伴，咱們想象一下路邊的棉花糖攤。
拉晶棒的過(guò)程就和轉(zhuǎn)棉花糖的起手式差不多。

也就是說(shuō)，目前主流的單晶硅生產(chǎn)工藝，決定了硅棒大概率得是圓形。反正我是沒(méi)見(jiàn)過(guò)方形的棉花糖。

至于再往后，就是把晶棒掐頭去尾，側(cè)邊打磨光滑。
然后再像切香腸一樣一點(diǎn)點(diǎn)切片，一張張晶圓的原材料，硅片就誕生了。

>/ 切完了，但是還沒(méi)結(jié)束？
其實(shí)到了這一步，關(guān)于晶圓形狀的問(wèn)題也沒(méi)定死。
因?yàn)殡m然直拉法是主流的單晶硅制造方案，但其實(shí)在它之外，也還有區(qū)熔法等方案，方形晶棒從理論上來(lái)說(shuō)也還是有可能的。

但是為什么一定要用圓形？其實(shí)問(wèn)題還要牽扯到更后續(xù)的設(shè)計(jì)工藝上來(lái)。

在我們拋光打磨完切片的硅片之后，為了正式光刻，還需要在上面涂抹光刻膠。
一般來(lái)說(shuō)，光膠膜厚度在 0.5 ～ 1.5 um 不等，而均勻性必須要在正負(fù) 0.01 um 內(nèi)才行。

這個(gè)精度，肯定不能靠我們手工來(lái)解決的。。。

現(xiàn)在行業(yè)里常用的方案是 “ 甩膠 ” 。即在中心處加入光刻膠，然后旋轉(zhuǎn)晶圓片。
然后通過(guò)不斷的控制轉(zhuǎn)速來(lái)將膠質(zhì)甩開(kāi)，最終我們就可以得到均勻平層的光刻膠。

也就是說(shuō)吧，如果咱把硅片做成方形再旋轉(zhuǎn)的話，可能就是有的角落膠水堆積比較多，有的角落光刻膠就少了。
邊角的均勻性一下子就大打折扣了，即使變成了方形，可邊角這部分可能到最后還是得扔。。。

而且吧，除了光刻膠的問(wèn)題，還有個(gè)更要命的事。
那就是在大家的 “約定俗成” 下，圓形硅片早就是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)了。
對(duì)應(yīng)的光刻機(jī)、自動(dòng)產(chǎn)線等等，都是基于“ 晶圓 ”的這個(gè)前提去設(shè)計(jì)的。

假如說(shuō)現(xiàn)在有誰(shuí)想整個(gè)方形的晶棒，他不僅僅要面對(duì)“拉出方形晶棒”的問(wèn)題，還得把整個(gè)后續(xù)的產(chǎn)線重新翻新設(shè)計(jì)一番。
所以，晶圓可不可以做成方形的呢？可以，但不值。

>/ 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，這并不浪費(fèi)
照這么看，晶圓上那些 “ 浪費(fèi) ” 的區(qū)域看來(lái)是不得不存在了。

但是咱就是說(shuō)，有沒(méi)有一種可能，這個(gè) “ 浪費(fèi) ” 的概念是咱們先入為主了。
有沒(méi)有可能，晶圓的邊緣部分，本身就應(yīng)該被浪費(fèi)掉呢？
其實(shí)啊是這么回事，在硅片生產(chǎn)的切割，倒角，打磨等一系列的過(guò)程中，硅片的邊緣會(huì)積累下不少的邊緣應(yīng)力。

這就導(dǎo)致了，晶圓邊緣的結(jié)構(gòu)是相對(duì)脆弱的。
就算是把邊緣區(qū)域都利用了起來(lái)做芯片，良品率也不太能得到保證。

所以說(shuō)吧。。。別看晶圓做圓形，芯片做成方形。

但是某種意義上來(lái)講，這兩對(duì)組合還是非常般配的。
不過(guò)當(dāng)然了，即使這么解釋了一番，晶圓邊緣內(nèi)側(cè)的區(qū)域也還是確確實(shí)實(shí)存在著一些浪費(fèi) —— 只不過(guò)浪費(fèi)的區(qū)域沒(méi)咱們想象的那么大了。
而假如真要把這一小部分的浪費(fèi)解決掉，其實(shí)大家現(xiàn)在采用的方法都差不多。

那就是向微積分看齊。

把晶圓越做越大，芯片越做越小，這方形不就。。。拼起來(lái)像極了圓？

至于如何把晶圓給整大，又如何在保證性能的前提下把芯片做小，這種讓人頭大的問(wèn)題，還是交給工程師來(lái)想辦法吧。。。

撰文：小陳? ?編輯：面線? ?封面：萱萱

圖片、資料來(lái)源：

https://www.britannica.com/technology/Czochralski-method

Why are processor wafers round?

From Sand to Silicon: the Making of a Chip | Intel ：https://www.youtube.com/watch?v=Q5paWn7bFg4

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部分圖片素材來(lái)自于互聯(lián)網(wǎng)