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你是否一想到晶圓周圍被切掉的芯片就好心疼？在制作CPU、GPU或者內存、固態硬盤芯片時，每一張晶圓的邊角部分都被“無情地”切掉了好多（下圖）：箭頭所指處，紅圈內的Die（IC晶片）由于并不完整，因此都將被切掉廢棄聯想到Intel當前緊俏的14nm產能（臺積電的7nm其實也不夠用），每一張晶圓上被切掉的這些Die簡直是慘無人道的浪費啊！為何不把“晶圓”做成方形，“晶方”對于IC業來說才是最完美的空間利用法則啊（比如下圖）：如果使用方形硅基晶片，是不是就可以生產出“毫無浪費”的晶體基板了?然而，理想是豐滿的，現實是殘酷的~這一切，還要從“晶圓”的誕生談起。晶圓合理性之一：硅碇（ingot）生成法則從砂子變為CPU晶片的旅程中，第一步就是將高純度多晶硅材料，變為適合進行“印刷”的芯片硅基板材。這里，我們要感謝一位科技大咖——丘克拉斯基(J.Czochralski)：丘克拉斯基(J.Czochralski)丘克拉斯基(J.Czochralski)發明的提拉法，可以低成本制造人工無色藍寶石、紅寶石等多種寶石。對于芯片行業來說，人造寶石的誘惑力當然是不夠的~工程師們完善了丘克拉斯基的提拉法，將多晶硅材料（籽晶）置于籽晶桿上，在石英坩堝中加熱（約1000攝氏度），加熱過程中還需注入適當比例的惰性氣體（而非單純的空氣），以便于多晶硅融化且不和空氣中的雜質產生化學反應。途中根據籽晶表面熔融狀態提拉并轉動籽晶桿，使熔體處于過冷狀態而結晶于籽晶上（即硅晶生長過程），最終從坩堝的熔體中拉制出具有截面形狀的硅晶體柱——硅碇（ingot）：丘克拉斯基于1917年發明的“提拉法”（Czochralskimethod），成為當代芯片制造業的奠基石如果看到上述提拉法制造硅碇的生長（制作）過程有些復雜，沒關系，相信下面這張動圖能讓你豁然開朗：丘克拉斯基于1917年發明的“提拉法”（Czochralskimethod），成為當代芯片制造業的簡單來說，制作圓柱形硅碇的“手藝”，和千百年來加熱拉制玻璃的手法有異曲同工之妙在轉動籽晶桿、拉伸籽晶熔融體的過程中，圓柱形的硅碇就被制作出來了：轉動-拉伸，籽晶變為硅碇柱的過程，由此而來因此，只要是拉伸法制造硅碇的規則不變，那么硅晶圓的基礎形狀自然也不會改變了。晶圓合理性之二：圓形更適合硅晶基板的切片、打磨、拋光過程硅碇制作完畢之后，就要把它切割成薄薄的晶圓切片，并進行打磨拋光等預處理，然后才能進入后期的光刻流程：第一：硅碇的金剛石砂線切片流程更適合圓形底材芯片誕生之旅：由金剛線（高強度碳基復合材料）將圓柱形硅碇切割為一片片晶圓上圖是Intel在十年前制作的酷睿誕生之旅短片截圖，動畫里是用一根鋸片切割硅碇圓柱體制作晶圓，而這只是為了動畫效果，實際上，硅碇是由金剛線切割而成：一款常見的金剛線硅晶體切片機（看起來是不是復雜了很多？）再來一張圖，更直觀一些（圖為制作太陽能硅片的金剛石砂線切片機）由此可見，圓柱形的硅碇，更適合均勻、快速、完整地被金剛石砂線切片機切割成片。如果把晶圓做成“晶方”。恐怕金剛石砂線的損耗率以及方形硅碇柱體的受力破損情況將突破天際了~第二：晶圓比“晶方”更能承受打磨、拋光鍛煉金剛石砂線切片之后，硅晶切片（晶圓）表面肯定是粗糙不堪的。因此要進入打磨、拋光流程。顯而易見的，將一塊薄薄的方形“玻璃”，置入高速旋轉、震動的打磨拋光環境之中，邊角受損概率將會多高~圓形幾何體在制作過程中具備更強的“抗性”第三：晶圓更便于儲存及運輸制作好的晶圓材料需要儲存和運輸，以便于給不同IC企業制造相應的產品。這時，晶圓比“晶方”的優勢再次體現出來：圓形材料受力均勻，便于儲藏及運輸，極端情況下比方形材料更富耐久性和材料強度結語以上這幾點當然不能代表晶圓合理性的全部范疇，僅以廣大讀者方便理解的角度簡要說明。實際上，在晶圓的光刻過程中，還有非常繁瑣、復雜的流程參與，而且晶圓的形狀還會相應被改變：我們現在看到的絕大多數“晶圓”，實際上都不是正圓形（如箭頭所指處平行切邊）除此之外，還有其他切割形狀：注意上圖，晶圓邊緣處有小型缺口這些細節變化基本都是在晶圓進行最終的光刻工藝之前完成的，主要目的則是便于光刻生產時的晶圓定位、測試等等：當然了，方形硅基底材也是有的，但它依然是從圓柱形硅碇中切割而來，并不能直接由熔爐將籽晶生成完美的硅晶立方柱：好了，以上就是本期數碼小科普的內容。相信以后如果再有人問道：“為何晶圓不做成方形的？”讀者們應該知道答案啦~感謝閱讀本期內容，我們下期再見！ヾ(?ω?`)o~

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