從矽晶圓到IC

半導體和太陽能電池都是以矽為原料,但半導體矽晶圓的矽純度比太陽能矽晶圓高許多,半導體矽晶圓需要99.999999999%的矽純度,才能確保IC品質良好;太陽能矽晶圓則只需99.9999%的純度,即能製造太陽能電池。小數點後每個9的差異象徵更艱難的過程,在晶圓生產過程中,半導體用矽晶圓的難度比太陽能用高更多,價格也有一段差距。半導體的報廢晶圓可以回收再製,供太陽能使用,但太陽能用的矽晶圓無法供半導體使用。半導體IC可用微縮製程縮小體積,太陽能電池則必須維持在磁磚大小的體積。生產每單位太陽能電池所需耗費的矽晶圓面積,遠大於一顆半導體IC,使得矽材料源吃緊的情況更加惡劣。

 

什麼是矽晶圓
矽晶圓(wafer)用來製造積體電路(IC)的載板,在上面佈滿晶粒,將晶粒切開後得到晶片,將晶片經過封裝測試,製成積體電路。矽晶圓尺寸是它的直徑,目前較常見的有6、8、12英吋。矽晶圓的尺寸越大越貴,生產成本愈高,但能額外產出的晶片數量是好幾倍,例如:12吋晶圓的生產成本大約是6吋晶圓的「2倍」,但是12吋晶圓的「面積」是6吋晶圓的「4倍」(邊長2倍,面積4倍),最後得到的晶片數目是4倍,大的矽晶圓成本雖然較高,但單位成本是降低的,一片矽晶圓可以產生上百或上千個相同的晶片,但大的矽晶圓製程技術與環境設備要求,也相對來說更為嚴苛。

矽晶圓的製造
將氧化矽純化轉換成98%以上純度的矽。接著拉晶,將高純度多晶矽融化,形成液態矽,一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。待矽原子凝固後,排列整齊的單晶矽柱便完成了,表面經過處理並切成薄圓片後的直徑。以鑽石刀將矽晶柱橫向切成圓片,圓片再經由拋光便可形成晶片製造所需的矽晶圓。

IC積體電路(Integrated Circuit)
將設計好的電路,以堆疊的方式組合起來,減少連接電路時耗費的面積。晶圓的上層是邏輯閘層,藉由將多種邏輯閘的組合,變成功能完全的IC晶片。再由上層線路將邏輯閘相連在一起。因為有太多線路連結在一起,單層無法容納所有線路,就需要多疊幾層,不同層的線路會上下相連以滿足接線的需求。利用金屬濺鍍、塗佈光阻、蝕刻、去除光阻製作IC,最後便會在一整片晶圓上完成很多IC晶片,接下來只要將完成的方形IC晶片剪下,便可送到封裝廠做封裝。

Intel 的簡易 IC 製造流程

目前全世界的矽晶圓,主要由 5 大廠商供應,包括日本信越半導體、日本勝高、台灣環球晶、德國 Silitronic、南韓 LG及其它小家廠商。
相關概念股:
環球晶(6488)全球大餅的 17% 產能(併購中德之後,成為全球第三大)
台勝科3532(主要為8吋和12吋矽晶圓)

合晶(6182)全球第 6 名矽晶圓大廠,正持續擴充 6、8 吋產能,將投入12吋晶圓製造
嘉晶3016(磊晶矽晶圓)
崇越科技5434(磊晶晶圓、矽晶圓、再生晶圓、太陽能矽晶圓)
中美晶5483(主要為太陽能矽晶圓,半導體矽晶圓部份主要為旗下環球晶產品)
漢磊3707(磊晶矽晶圓及矽磊晶)
尚志3579(太陽能矽晶片及矽晶圓研磨片)

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