“與非網路”。
在大眾的印象中，矽片是一種薄而圓的高純矽片，在這種高純矽片上，可以加工生產各種電路元件結構，使其成為具有特定電氣功能的積體電路產品。 緻密的元件整齊地放置在一塊單晶矽材料上，這些材料都是規則的和方形的。 可以看出，在實際應用中，晶圓還是要切成正方形的。
為什麼矽片需要倒圓角？ 為什麼是“晶圓”而不是“晶圓”？ 為什麼有些晶圓外圈沒有晶元，而有些晶圓電路鋪設了整個矽片，晶圓外圈會出現不完整的晶元？
熟悉半導體製造工藝的朋友都知道，在晶元被切割進行封裝之前，所有製造過程都在晶圓上執行。但是，我們看到的晶元是方形的，總會有一些區域不用於在圓形晶圓上製造晶元。 那麼，為什麼不能使用方形晶圓來提高利用率呢？
圖片來源 | kitguru
其實，這個問題很容易回答因為水晶圓（最初是矽片）是在圓柱形矽棒上切出的，因此橫截面只能是圓形的。
接下來，讓我們從矽片和矽片的製造工藝入手，一起探索，滿足好奇心。
晶圓比例“晶芳”更適合製作晶元
矽片的製造可以概括為三個基本步驟：矽精煉和提純、單晶矽生長和矽片成型。
首先是矽砂的提純和冶煉。 現階段，多晶矽主要通過溶解、提純、蒸餾等一系列措施獲得。
接下來是單晶矽生長過程。 它是從矽熔體中生長出單晶矽。 將高純度多晶矽置於石英坩堝中，在保護氣氛中高溫加熱熔化。 大直徑單晶矽錠可以使用從旋轉熔體中緩慢上公升的小晶種晶體垂直拉製。
最後一步是晶圓成型。 單晶矽錠一般呈圓柱形，直徑從3英吋到十幾英吋不等。 矽錠經過切片和拋光後，得到單晶矽片或矽片。
換句話說，我們經常開玩笑說，晶元本質上是一堆沙子，這種說法沒有錯。 單晶矽是製造晶元的基礎，由石英砂製成。
將沙子變成晶元的關鍵在於矽的提純和單晶矽製備工藝的發展。 1916年，波蘭化學家柴科拉斯基通過實驗證實，金屬線是由金屬單晶組成的，單晶的直徑達到公釐級。 從那時起，該方法被化學家迭代以生產單晶矽，也稱為柴可拉斯基法或直拉法。
柴法（直拉法）。
圖片來源 |翻譯自維基百科。
直拉法的工藝流程將高純矽在坩堝中加熱至熔融狀態，然後將晶種（晶種）置於精準取向棒的末端，將末端浸入熔融矽中，然後將棒慢慢向上拉並旋轉。 通過對提公升速率、旋轉速率和溫度的精確控制，可以在棒的末端得到乙個大的圓柱形單晶矽棒，然後對矽棒進行拋光、拋光、切割等工藝，得到乙個可用的圓形矽片。 因此，晶圓的圓是因為矽棒是“圓的”。
在矽棒上做乙個切口。
圖片來源 |網際網絡。
目前，Cyzopull法是最常用的晶圓生長法，除了直拉法外，常用的方法是區域熔煉法。
區域熔化法，簡稱fz法律。 1939年，在貝爾實驗室工作的W.G.Pfann首先提出了“區域流平”的想法，後來，在Henry Süller、Dan Dorsey等人的協助下，他生長了高純度的鍺和矽單晶，並獲得了專利。
在這種方法中，熱能用於在半導體多晶棒料的一端形成熔融區，將其重結晶成單晶。 熔融區沿一定方向緩慢向棒材的另一端移動，然後穿過整個棒材，多晶棒材長成單晶棒材，帶熔法也需要晶種晶，最終柱狀單晶錠晶方向與晶種晶方向相同。
帶熔法有兩種：水平區熔煉法和垂直懸浮區熔煉法。 前者主要用於鍺、GAAS等材料的提純和單晶生長; 後者主要用於矽。 區域熔煉法與Zzopull法最大的區別在於，區域熔煉法一般不使用坩堝，引入的雜質較少，生長材料中的雜質含量也較低。
總而言之，單晶矽棒是圓柱形的，這種方法得到的單晶矽片自然也是圓形的。
事實上，矽棒在切片前可以切成矩形，這樣以後切片時就可以直接得到“晶方塊”。 然而，用於生產晶元的矽錠不這樣做，原因如下：
首先是圓形更適合光刻。
另外由於邊緣應力的存在，圓形晶圓的結構強度也高於方形晶圓。 矽片在成為矽片之前需要經過光刻、蝕刻、化學研磨等多道工序，晶圓在外圈會積聚更多的應力。 因此，正方形的尖角會引起邊緣應力集中，在生產過程中容易斷裂，影響整體產量。
細心的朋友可能會發現為什麼有些晶圓外圈沒有晶元，而有些晶圓電路鋪設了整個矽片，晶圓外圈會出現不完整的晶元？
晶圓邊框各不相同。
圖片來源 |網際網絡。
這實際上與光刻相同光掩模（掩模，或罩，光刻）尺寸。 光掩模尺寸通常覆蓋晶圓的所有區域，因此晶圓邊緣會有不完整的小方塊。 此外，在晶元製造過程中，晶圓不斷加厚，特別是在後端的金屬和通孔製造過程中，它使用了多個CMP化學機械研磨工藝。 如果晶圓邊緣沒有圖案，則邊緣磨削速度會太慢，導致邊緣與中心之間的高度差，從而影響後續磨削過程中相鄰的完整晶元。
綠色圓圈為晶圓面積，紅色圓圈為可用部分。
圖片來源 |知乎.
但是，一般不使用晶圓外圈的晶元。 如上所述，由於生產工藝的原因，晶圓周邊會有一些應力，這裡生產的晶元內部也會保留應力，在後續的切割、封裝、運輸過程中，晶元損壞的可能性更大。 這也是為什麼有些晶圓的外圈有晶元，而有些則沒有的原因。
通常圓形晶圓更容易製造，產量更高。 既然用來製造晶元的晶圓不方便做正方形，為什麼晶元不能做成圓形呢？
圓形晶元實際上更難製造
矽片經過膠合、光刻、蝕刻、離子注入、蝕刻等步驟後，晶元就會被製造出來，但此時，晶元在晶圓上仍然“長”，需要切割才能成為單獨的晶元。
只需幾把刀就可以切掉方形的晶元。 圓形晶元的切割時間可能比方形晶元長幾倍。 最重要的一點，圓形晶元並不能解決矽片面積浪費的問題。
迴圈安排中會有差距。
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事實上，節省晶圓面積始終是乙個重要問題。 晶體圓圈上可以生產的晶元越多，生產效率就越高，單片晶元的成本就越低。 目前，解決生產效率問題的最好辦法是提高晶體我們熟悉的圓的面積是微積分。
晶圓越大，自由面積越小。
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矩形光伏片
除了製造晶元，矽片也是光伏領域極其重要的一環。
太陽能電池板結構（電池為矽片）。
光伏單晶矽的製備工藝與片式單晶矽相同，使用方形的原因也很簡單，如果光伏電池是圓形的，多塊電池中間會有間隙排列成太陽能電池板，從而降低了整體轉化率。
與晶元相比，製造光伏打板制矽純度要求略低，純度標準只需要999999%，不到99%的晶元製造率999999999%。
半導體矽片和光伏矽片的區別。
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總結
回答標題提出的問題，為什麼晶元是方形的？ 圓屑切割難，後續封裝階段不易控制，最重要的是圓屑無法解決晶體圓形區域的浪費問題。 為什麼晶圓是圓的？ 在生產晶元的過程中，圓形晶體由於機械因素生產更方便，產量更高和矽錠自然是圓柱形的，結晶的圓形性質也就是說，它是圓形的。 但是，在光伏領域，稜柱形矽片在封裝電芯時不會浪費空間，因此光伏矽片是方形的。
半導體封裝工程師之家。