矽晶圓製造是以高純度多晶矽為原料長成單晶晶棒,再將其切片、研磨,製成可用於元件製造之鏡面晶圓的一連串製程。它位於半導體前段製程(在晶圓廠形成電路)開始之前的階段,是由晶圓廠商(信越半導體、勝高(SUMCO)、環球晶圓(GlobalWafers)、Siltronic、SK Siltron)負責的獨立產業領域。
製程大致分為 4 個階段。①晶體成長:在石英坩堝內熔化矽,從晶種拉出單晶晶棒(CZ 法)。功率元件用的高電阻、低氧晶圓則採用不使用坩堝的 FZ 法。②外形加工:研削晶棒外周使直徑一致,刻出表示結晶方位的缺口(notch,或平邊),再以線鋸切成薄片。
③平坦化・研磨:剛切片的晶圓帶有加工變質層與翹曲,因此以研磨(lapping 或 grinding)調整厚度與平坦度,以蝕刻去除加工損傷層,再以雙面拋光(DSP)與最終拋光(CMP)製成鏡面。邊緣部分也以專用研磨使其平滑,消除破裂與微粒的起點。④最終處理:最終清洗後,全數檢測微粒、平坦度與缺陷,以雷射刻印 ID 後裝入 FOSB 出貨。
在這些製程中建立的品質指標,直接關係到元件良率。平坦度(TTV、SFQR)影響微影的焦深餘裕,奈米形貌(nanotopography)影響 CMP 的均勻性,翹曲(Bow、Warp)影響搬運與曝光時的吸附,晶格間隙氧濃度影響吸雜(gettering)能力與機械強度,COP 等晶體缺陷則影響閘極絕緣膜的耐壓。晶圓不是「單純的圓盤」,而是以數十項規格管理的精密材料。
晶圓種類也依用途區分。有研磨後直接使用的拋光晶圓、在其上成長單晶層的磊晶晶圓、以氫/Ar 退火消除表層缺陷的退火晶圓、夾有絕緣膜的 SOI 晶圓、再生後作為測試用的再生晶圓(reclaim wafer)等;此外,SiC、GaN、藍寶石等化合物基板則另成體系,供功率半導體與 LED 使用。