芯片为什么没做成圆形?(芯片制造)
晶圆制作工艺决定了芯片的形状
芯片呈矩形的主要原因是晶圆制造工艺。芯片的主要成分是硅。要使不起眼的砂子变成比黄金还昂贵的芯片,首先要对硅进行初期净化,提出从二氧化硅经过高温加热、净化、过滤等工艺,得到高纯度的多晶硅,然后将多晶硅变成纯度很高、结构稳定、电性能良好的,适合生产芯片单晶硅。目前,工业上用于这一系列工艺的主要方法是前苏联科学家切·克劳斯基于1918年发明的蒂普连晶体生长法(CZ)。

CZ法是从硅砂中提取多晶硅,在石英坩埚中高温熔化,然后在溶液中放入小的种子或种子。遇到单晶硅种子晶体后,硅溶液会在单晶硅种子晶体尾部有序生长。通过控制转速和拉出速度,可以将不同尺寸的单晶硅棒从溶液中拉出。由于旋转提升,拉出的单晶硅棒呈圆柱形,从其中切出的硅片也是圆形,称为“晶圆”。芯片是从晶圆片上切下来的。单晶硅的制造非常复杂,作为一种商品,它能切割出的芯片越多越好。因此,把芯片切成正方形是最有利可图的选择。

所以问题是,如果单晶硅棒可以有其他形状,那么芯片也可以有其他形状吗?理论上,在不考虑实际效益的情况下,可以将单晶硅棒制成其他形状。因为除了拉法,还有其他的方法来生产硅棒,比如区域熔化法。然而,即使生产出其他形状的硅棒,由于后续工艺的原因,得到的硅晶圆也只能是圆形的。
因为在切出硅片后,在光刻前,硅片需要涂上光刻胶。目前业界广泛采用的是“胶铸法”,简单来说就是在硅片的中心涂上光刻胶,然后旋转硅片。如果硅片是其他形状,很可能造成有的地方出胶多,有的地方出胶少,上浆不均匀。对于任何方向上都是轴对称的圆,这是不可能的。
所以即使是制作其他形状的单晶硅棒也是最有利可图的。切下的筹码自然是方形的,利润最大。此外,水平和垂直切割方式也使平方产量最高,曲线切割对机床精度更高,成本也更高,利大于弊。
综上所述,单晶硅棒的生产方式决定了硅片的形状为圆形,圆形硅片决定了芯片的形状为方形。此外,后续的加工过程包括光刻胶涂层、光刻等都是基于“晶圆”的标准设计,所以方形芯片是最有利的惯例的结果。当然,未来还会出现其他形状的硅片和芯片吗?就目前的情况来看,可以有,但没有必要。
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