Why are Wafers Round?

为什么晶圆是圆形的？

因为制作工艺决定了它是圆形的。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：

然后硅锭再经过金刚线切割变成硅片：

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。

晶圆是圆形的优势：

1、晶圆的圆形形状可以提供均匀的电子器件性能

在半导体工艺中，晶圆将被切割成小片，每个小片都会成为一个芯片。如果晶圆是圆形的，那么切割出来的芯片也会具有相似的形状和尺寸，从而保证了芯片之间的一致性和可靠性。

2、制造工艺也依赖于晶圆的圆形形状

在制造过程中，晶圆需要经历多个步骤，包括沉积、光刻、蚀刻等。这些步骤通常是基于旋转运动进行的，而圆形晶圆的旋转运动更加稳定和均匀，有利于保持制造过程的准确性和一致性。

3、晶圆的圆形形状还有助于提高材料利用率

圆形晶圆可以通过优化布局来最大限度地减少材料浪费，并提高生产效率。

晶圆的尺寸有哪些？硅晶圆尺寸是在半导体生产过程中硅晶圆使用的直径值。理论上来说硅晶圆尺寸越大越好，这样每块晶圆能生产更多的芯片。比如，同样使用0.13微米的制程在200mm的晶圆上可以生产大约179个处理器核心，而使用300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心，300mm直径的晶圆的面积是200mm直径晶圆的2.25倍，出产的处理器个数却是后者的2.385倍，并且300mm晶圆实际的成本并不会比200mm晶圆来得高多少。理论上来说，晶片(wafer)越做越大是为了--降低芯片的单位成本！但晶圆越大，对拉晶对速度与温度的要求越高，同时，晶片越大控制缺陷也越困难，因此做出高品质12寸晶圆的技术难度比8寸晶圆更高。