硅錠直徑從20世紀(jì)50年代初期的不到25mm增加到現(xiàn)在的300mm，硅片直徑的歷史發(fā)展趨勢(shì)如圖所示。
目前生產(chǎn)直徑為75mm、100mm、125mm和150mm的硅片的設(shè)備仍在使用中，由于把設(shè)備升級(jí)成能生產(chǎn)更大直徑的硅片需要花費(fèi)上億美元，所以最常見(jiàn)的做法是在建設(shè)新工廠時(shí)才引入新的硅片直徑。在2000年左右，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)向300mm直徑的硅片，進(jìn)而把對(duì)硅片直徑的評(píng)估測(cè)試已經(jīng)提高到400mm。
硅片尺寸和參數(shù)
摘自H. Huff, R. Goodall, R. Nilson 和 S. Griffiths, "Thermal Processing Issues for
300mm Silicon Wafers:Challenges and Opportunities," ULSI Science and Technology.
追求更大直徑的硅錠，對(duì)硅錠生長(zhǎng)中正確的晶體生長(zhǎng)和保持良好的工藝控制提出了挑戰(zhàn)。300mm的硅錠大約有1米長(zhǎng)，并且需要在坩鍋中熔化150kg到300kg的半導(dǎo)體級(jí)硅。隨著制備硅錠復(fù)雜度的增加，為什么還要繼續(xù)增加硅片的直徑呢？是由于增加硅片直徑給硅片制備帶來(lái)的成本利潤(rùn)。
對(duì)300mm的硅片來(lái)說(shuō)，它要比200mm硅片的面積多2.25倍。這樣每個(gè)硅片上產(chǎn)出的芯片數(shù)目就會(huì)增加，更大直徑硅片擁有更大的表面積來(lái)生產(chǎn)芯片。
打個(gè)比方，駕駛一輛汽車(chē)從城市A到200公里外的城市B，如果是司機(jī)獨(dú)自前往，那么他將承擔(dān)所有費(fèi)用(燃料和汽車(chē)損耗等）; 然而，如果司機(jī)與一位乘客同行，那么人均費(fèi)用將會(huì)降低；如果司機(jī)與多位乘客一起去，那么人均費(fèi)用將會(huì)更低。這種效率算法叫做規(guī)模經(jīng)濟(jì)學(xué)。
更大直徑硅片意味著每個(gè)硅片上有更多的芯片。根據(jù)規(guī)模經(jīng)濟(jì)學(xué)，每塊芯片的加工和處理時(shí)間都減少了，導(dǎo)致設(shè)備生產(chǎn)效率提高。據(jù)估計(jì)，通過(guò)設(shè)備利用率的提高，轉(zhuǎn)換到300mm的硅片直徑可以把每塊芯片的生產(chǎn)成本減少了30%。更大直徑硅片的另一個(gè)好處就是在硅片邊緣的芯片少了，轉(zhuǎn)化為更高的生產(chǎn)成品率。還有一個(gè)好處是由于在同一工藝過(guò)程中需要處理更多的芯片，所以在每塊芯片的處理過(guò)程中，設(shè)備的重復(fù)利用率提高了。
整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由200mm硅片直徑轉(zhuǎn)變到300mm硅片直徑的花費(fèi)估計(jì)是130億到150億美元，沒(méi)有一家公司或國(guó)家具有單獨(dú)進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變的能力。全球300 mm硅片直徑的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立起來(lái)，兩家半導(dǎo)體協(xié)會(huì)當(dāng)年協(xié)調(diào)了向300mm硅片轉(zhuǎn)換的進(jìn)程，一個(gè)是International 300 mm Initiative(1300I)，以美國(guó)、歐洲、韓國(guó)等國(guó)家為代表; 另一個(gè)是Semiconductor Leading Edge Technology，是以日本為代表的10家IC公司。總之，節(jié)省成本是驅(qū)使半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向更大直徑硅片的主要原因。
300mm硅片尺寸和晶向要求
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屹立芯創(chuàng) Elead Tech
