本文来自微信公众号：差评 （ID：chaping321），作者：差评君，题图来自：视觉中国
关注了咱们差评的小伙伴肯定还记得，上个月的时候我们讨论了一下苹果造的那颗胶水芯片——M1 Ultra。
当时咱们说苹果的胶水芯片是一种妥协，因为一颗芯片越大，切割之后晶圆四周浪费的“边角料”就越多。
就好像是一刀 999 元的切糕一样，这玩意要是白白浪费了绝对是浑身肉疼。
话说到这儿，我发现评论区就开始有小伙伴讨论起来了：
那为什么芯片要做成方的？做成三角形、六边形的，不就不会造成晶圆浪费了？
哎，不得不说大家伙的想法都非常有创意呀，不过其实这样做反而会增加切割难度，对芯片的良品率造成影响。
到时候一核算成本，还不如浪费点边角料来的划算。
所以“异形芯片”的思路，其实是行不太通的。
不过这时候可能就要有小伙伴继续另辟蹊径了：
芯片为了保证好切保持方形不能变，那如果直接把底下的硅片做成方形的呢？
把“晶圆”变成“晶方”，切芯片的时候不也就没有浪费了嘛！
嗯......这个方法，说可行也行，说不行也不行。
但是要想把它讲明白，我得先问大家伙这么一个问题：你们见过方形的黄瓜吗？
先有晶棒，才有晶圆
众所周知，芯片是由晶圆刻蚀的，而晶圆则是由高纯度的沙子，哦不，高纯度的硅元素组成的。
对普通的石英砂进行一系列的高温还原反应，化学提纯反应后，我们可以得到下图这样的高纯度硅棒。
不过这还只是第一步，这样的硅棒由多晶硅构成，此时还不能用于生产晶圆。
就像这张图中间所示的那样，因为之前经过了各种粗犷的化学反应，内部的硅晶体结构框架不均匀。
单晶、多晶、不定
充满了各种不对称结构。
而为了消除这些不对称的内部紊乱，我们还需要对多晶硅处理，将其转变成可以用于芯片生产的结构稳定，电性能良好的单晶硅。
到了这一步，其实就是要生产正儿八经的晶圆了。
目前行业里常用的工艺叫做柴可拉斯基法，也有个非常形象通俗的名字——直拉法，市场占比约为 95%。咱们常见的逻辑芯片，存储芯片基本都是用这个方法生产出来的。
其中具体发生的具体变化，咱们可以在这张图中看个大概：
首先是将刚才得到的多晶硅放在石英中加热至熔融状态，然后再植入一颗单晶硅“种子”。
这融化的硅溶液一碰到单晶硅种子，就可以在硅种子的尾部开始有序生长。
通过控制旋转的速度，和提拉的速率，我们就能得到不同宽度，不同长度的圆柱形单晶硅棒。
注意了！是旋转！
还是没什么概念的小伙伴，咱们想象一下路边的棉花糖摊。
拉晶棒的过程就和转棉花糖的起手式差不多。
也就是说，目前主流的单晶硅生产工艺，决定了硅棒大概率得是圆形。反正我是没见过方形的棉花糖。
至于再往后，就是把晶棒掐头去尾，侧边打磨光滑。
然后再像切香肠一样一点点切片，一张张晶圆的原材料，硅片就诞生了。
切完了，但是还没结束？
其实到了这一步，关于晶圆形状的问题也没定死。
因为虽然直拉法是主流的单晶硅制造方案，但其实在它之外，也还有区熔法等方案，方形晶棒从理论上来说也还是有可能的。
但是为什么一定要用圆形？其实问题还要牵扯到更后续的设计工艺上来。
在我们抛光打磨完切片的硅片之后，为了正式光刻，还需要在上面涂抹光刻胶。
一般来说，光胶膜厚度在 0.5～1.5um 不等，而均匀性必须要在正负 0.01um 内才行。
这个精度，肯定不能靠我们手工来解决的。
现在行业里常用的方案是“甩胶” 。即在中心处加入光刻胶，然后旋转晶圆片。
然后通过不断的控制转速来将胶质甩开，最终我们就可以得到均匀平层的光刻胶。
也就是说吧，如果咱把硅片做成方形再旋转的话，可能就是有的角落胶水堆积比较多，有的角落光刻胶就少了。
边角的均匀性一下子就大打折扣了，即使变成了方形，可边角这部分可能到最后还是得扔。
而且吧，除了光刻胶的问题，还有个更要命的事。
那就是在大家的“约定俗成”下，圆形硅片早就是行业标准了。
对应的光刻机、自动产线等等，都是基于“晶圆”的这个前提去设计的。
ASML的光刻机
假如说现在有谁想整个方形的晶棒，他不仅仅要面对“拉出方形晶棒”的问题，还得把整个后续的产线重新翻新设计一番。
所以，晶圆可不可以做成方形的呢？可以，但不值。
严格来说，这并不浪费
照这么看，晶圆上那些“浪费”的区域看来是不得不存在了。
但是咱就是说，有没有一种可能，这个“浪费”的概念是咱们先入为主了。
有没有可能，晶圆的边缘部分，本身就应该被浪费掉呢？
其实啊是这么回事，在硅片生产的切割，倒角，打磨等一系列的过程中，硅片的边缘会积累下不少的边缘应力。
这就导致了，晶圆边缘的结构是相对脆弱的。
就算是把边缘区域都利用了起来做芯片，良品率也不太能得到保证。
所以说吧，别看晶圆做圆形，芯片做成方形，但是某种意义上来讲，这两对组合还是非常般配的。
不过当然了，即使这么解释了一番，晶圆边缘内侧的区域也还是确确实实存在着一些浪费——只不过浪费的区域没咱们想象的那么大了。
而假如真要把这一小部分的浪费解决掉，其实大家现在采用的方法都差不多。
那就是向微积分看齐。
把晶圆越做越大，芯片越做越小，这方形不就...... 拼起来像极了圆？
至于如何把晶圆给整大，又如何在保证性能的前提下把芯片做小，这种让人头大的问题，还是交给工程师来想办法吧。
图片、资料来源：
https://www.britannica.com/technology/Czochralski-method
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周扬民 | 西门子还原炉内传热及硅棒热电行为研究
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