晶圓材料簡介

1950年代初期以前，鍺是最普遍被使用的半導體材料，但因其能隙較小（僅0.66eV），使其操作溫度只能達到90℃，加上鍺的另一項缺點，是無法在表面提供一穩定的鈍性氧化層，反觀矽不僅能隙較大（1.12eV），使得操作溫度可以高達200℃，況且矽晶表面可以形成一穩定氧化層（SiO2），都讓矽在半導體的應用優於鍺，因為氧化層可以被用在基本的積體電路架構中，雖然GaAs被發現有比矽具有更高的電子移動率（electron mobility），且有直接能隙（direct bandgap），所以一度被寄與高度期待，可惜因高品質及大尺寸GaAs不易生產，因此仍無法撼動矽晶材料在半導體產業的地位。

目前半導體產業所使用的矽晶圓材料，依其製程設計和產品差異主要分為拋光晶圓（polished wafer）及磊晶晶圓（epitaxial wafer）兩種，其均由高純度電子級多晶矽經由長晶（crystal pulling）、切片（slicing）、磨邊（beveling）、磨面（lapping）、蝕刻（etching）、拋光（polishing）、清洗（cleaning）等步驟，而生成一符合電性、表面物性、雜質標準等規格的拋光晶圓，拋光晶圓如果再經由化學氣相沉積反應，成長一層不同電阻率的單晶薄膜，就成為磊晶晶圓，為因應半導體元件發展趨勢，目前還有所謂的先進矽晶圓材料，例如：熱處理晶圓（anneal wafer）、SOI （silicon-on-insulator）晶圓等，若在蝕刻之前經過不同thermal cycle（調整熱處理溫度、時間等）或摻雜N，使晶圓表面性質更佳，便是熱處理晶圓，SOI晶圓則是由矽及氧化矽作成三明治結構，適合應用作高速、高電壓或省電元件。整個矽晶圓材料的生產製造係以長晶製程為主軸，因為矽晶圓材料主要性質是由晶體生長過程所決定，後段加工製程則在於避免造成其他的污染源與缺陷。
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