なぜチップは四角いのに、ウェーハは丸いのでしょうか?

一般の印象では、ウェーハは薄くて丸い高純度シリコンウェーハであり、この高純度シリコンウェーハ上にさまざまな回路部品構造を製造するために処理することができ、特定の電気的機能を備えた集積回路製品となります。 。 整然とした四角い単結晶シリコン素材の上に、高密度に詰まった部品が整然と配置されています。 実際のアプリケーションでは、依然としてウェーハが正方形に切断されていることがわかります。

シリコンウェーハはなぜ丸いのでしょうか？ なぜ「クリスタルスクエア」ではなく「ウエハース」なのでしょうか？ 一部のウェーハの外周にはチップが存在せず、一部のウェーハ回路はウェーハ全体に配置されており、ウェーハの外周には不完全なチップが存在するのはなぜですか? 半導体製造プロセスに詳しい友人は、チップが切断されてパッケージ化される前に、すべての製造プロセスがウェーハ上で行われることを知っています。 しかし、私たちが目にするチップはすべて正方形であり、丸いウェーハ上にチップを作ると、必ず利用されない領域が生じます。 では、利用率を高めるために正方形のウェーハを使用してみてはいかがでしょうか? ウェーハ（本来のシリコンウェーハ）は円柱状のシリコン棒から切り出されるため、断面は円形しかあり得ません。

ウェーハは「四角形の結晶」よりもチップの製造に適しています。

シリコンウェーハの製造は、シリコンの精製と精製、単結晶シリコンの成長、ウェーハの成形という 3 つの基本的なステップに要約できます。

一つ目は珪砂の精製と溶解です。 この段階では、主に溶解、精製、蒸留といった一連の工程を経てポリシリコンが得られます。

次に単結晶シリコンの成長工程です。 シリコン融液から単結晶シリコンを成長させることです。 高純度のポリシリコンを石英るつぼに入れ、保護雰囲気中で高温で加熱して溶かします。 回転する融液からゆっくりと上昇する小さな種結晶を使用することで、大口径の単結晶シリコンインゴットを垂直に引き抜くことができます。

最後のステップはウエハー成形です。 単結晶シリコンインゴットは通常、直径が 3 インチから 10 インチ以上の円筒形です。 シリコンインゴットをスライスして研磨すると、ウェハとしても知られる単結晶シリコンウェハが得られます。

現在、チョクララーゼ法はウェーハの成長に最も一般的に使用されている方法であり、チョクララーゼ法に加えてゾーンメルトも一般的に使用されています。 全体として、単結晶シリコン棒は円筒形であり、この方法によって得られる単結晶シリコンウェーハは自然に丸い。 実際、シリコンロッドをスライスする前に直方体にカットすることができるため、後でスライスするときに「結晶の正方形」を直接得ることができます。 しかし、チップの製造に使用されるシリコンロッドでは、次のような理由からこれが行われません。

1 つ目は、円形の方がフォトレジストのコーティングに適しているということです。 さらに、エッジ応力の存在により、円形ウェーハの構造強度も正方形ウェーハよりも高くなります。 シリコンウェーハはウェーハになるまでに複数のフォトリシック、エッチング、化学研削などのプロセスを経る必要があり、ウェーハの外周リングにはより多くの応力が蓄積されます。 したがって、正方形の鋭角はエッジ応力集中を引き起こし、製造プロセスで損傷しやすく、全体の歩留まりに影響を与えます。

一般に、円形ウェーハはチップの製造に便利で、歩留まりも高くなります。 チップの製造に使用されるウェーハを正方形にするのが不便なら、なぜチップを丸くできないのでしょうか?

丸いチップは作りにくい

シリコンウェハのコーティング、リソグラフィ、エッチング、イオン注入などの工程を経てチップが製造されるが、この時点ではまだウェハ上でチップが「長い」ため、個別のチップにするには切断する必要がある。

四角い切りくずも数回のカットで切断できます。 丸い切りくずは、切断するのに四角い切りくずの数倍の時間がかかりそうです。 最も重要なことは、丸いチップでは無駄なシリコン領域の問題が解決されないということです。

実際、ウェーハ面積の節約は常に重要な問題です。 ウェハ上に製造できるチップの数が増えるほど、生産効率が高くなり、1 つのチップのコストが下がります。 現時点で、生産効率を解決する最良の方法は、よく知られた計算であるウェーハ面積を増やすことです。

正方形の太陽電池シリコンウェーハ

チップの製造に加えて、シリコンウェーハも太陽光発電分野の非常に重要な部分です。

ソーラーパネルの構造（セルはシリコン）

太陽電池単結晶シリコンの準備プロセスの初期段階はチップ単結晶シリコンと同じです。正方形の理由も非常に単純です。太陽電池セルが丸い場合、太陽電池パネルの中央に配置された複数のセルに隙間ができます。全体的なコンバージョン率が低下します。 チップと比較して、太陽電池パネルの製造におけるシリコン純度要件はわずかに低く、純度基準は99.9999%さえあればよく、チップ生産の99.9999999%には達しません。

***要約***

なぜチップは四角いのでしょうか？ 丸いチップは切断するのが難しく、その後のパッケージング段階の制御が不便であり、最も重要なことに、丸いチップでは無駄なウェーハ面積の問題を解決できません。 なぜウエハースは丸いのでしょうか？ チップの製造プロセスでは、機械的要因により円形のウェーハの方が製造が便利で、歩留まりが高く、シリコンロッドは本来的に円筒形であり、ウェーハは本来的に円形です。 しかし、太陽光発電の分野では、正方形のシリコンウェーハは電池をパッケージするときにスペースを無駄にしないため、太陽電池のシリコンウェーハは正方形です。

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