为什么WAFER晶圆有不同尺寸_公司新闻_关于我们

晶圆是半导体的薄片，例如晶体硅 (c-Si)，用于制造集成电路。简单来讲，晶圆就是硅做的硅晶片，因为是圆形的，称为晶圆，它主要用于硅半导体集成电路。

那晶圆是怎么来的？又怎么被制造出来的？其实最初的来源是沙子，沙子里含有用之不竭的二氧化硅，后续就考虑用提纯硅来作为半导体材料。高温氧化（炭源来发生化学反应）、提纯（氯化反应，生成液体硅烷），制成高纯度的多晶硅，纯度高达99.999999999%，然后经过处理（旋转拉伸），做成圆柱形晶棒，用金刚石切成片，就做成了晶圆。后续的过程就是属于芯片制造的过程了，光刻（光刻胶）、离子注射、电镀、抛光、切片，然后再测试封装。

那平常经常提到的300mm/450mm、8英寸/12英寸晶圆，又是什么意思呢?

其实很好理解，这里的数据表达的都是晶圆的尺寸或直径，而毫米和英寸只是不同的计量单位而已。而尺寸或直径越大，代表晶圆越大，产出的芯片数量也就越多。

1 英寸（25 毫米）

2 英寸（51 毫米）

3 英寸（76 毫米）

4 英寸（100 毫米）

4.9 英寸（125 毫米）

150 毫米（5.9 英寸，通常称为“6 英寸”）

200 毫米（7.9 英寸，通常称为“8 英寸”）

300 毫米（11.8 英寸，通常称为“12 英寸”）

450 毫米（17.7 英寸）

675 毫米（26.6 英寸）

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从1960年推出1英寸的晶圆，后来1992年推出8英寸晶圆，再到2002年推出了12英寸的晶圆，目前在450mm尺寸晶圆的过渡上仍有相当大的阻力，且它的成本预计在300mm的4倍左右。

那晶圆的尺寸和可制作出来的芯片的数量又是怎么样的关系呢？打个比方，一个300mm的晶圆，能造出多少颗芯片？

这个要取决于芯片的大小，芯片越大，数量越少，芯片小的，数量就多。假如这个芯片的尺寸是16mm*16mm，那就有263个。如果集成电路是 8 mm x 8 mm，那么大约有 1052 个。

当然这个也与工艺相关，不然大家也不会追求最小nm数了。英特尔Itanium 2处理器（2002），包含2.21亿个晶体管，采用 180 nm 工艺制造，尺寸为19.5mm x 21.6mm（421 平方mm）。而2020年发布的14nm的 i9-10900K 处理器的裸片尺寸为9.2 mm x 22.4 mm，面积为 206 平方毫米，晶体管数量为 120 亿个。

另一个注意事项是，对缺陷的处理，假设芯片上任何地方的缺陷都会导致该芯片无法使用（事实上，单个的缺陷并不一定会破坏芯片的使用，因为会有一些熔断器会禁用RAM，会有替代它们位置的部分），稍大的尺寸会提升良率，以弥补不足。

12英寸和8英寸差别在哪里？

集成电路的发展有两条技术主线，一条是晶圆尺寸的扩大，一条是芯片制程技术的提升。从6英寸到8英寸、从8英寸到12英寸，晶圆尺寸的增大能够有效降低成本。硅片尺寸越大，单个硅片上可制造的芯片数量就越多，单位芯片的成本随之降低。12英寸晶圆较8英寸晶圆相比，其面积上提升约2．23倍，就单硅片产出来看，8英寸晶圆产出芯片88块，而12英寸晶圆产出芯片则达到232块。

另外随着制程的不断缩小，芯片制造工艺对硅片缺陷密度与缺陷尺寸的容忍度也在不断降低。由于硅片边缘部分存在不平整和大量缺陷，在使用晶圆制造器件时，实际可以利用的是中间部分，由于边缘芯片减少，使用12英寸晶圆的产品成品率将上升。

下游的终端应用不同，对于不同尺寸硅片的需求也有所差异。8英寸下游应用以工业、手机和汽车为主，其中工业占比25％，手机占比19％，汽车占比18％，主要包括功率器件、电源管理芯片、非易失性存储器、MEMS、显示驱动芯片与指纹识别芯片等。

全球晶圆厂在2015年－2020年扩产不足，尤其是成熟制程。当时，台积电采取折旧策略，在设备折旧完成后即对成熟制程降价以打击竞争对手，导致8英寸晶圆的成熟制程利润有限。因此，晶圆产能整体呈现出由8英寸向12英寸转移趋势。

根据IC Insights统计，2009年－2020年，全球一共关闭了100座晶圆代工厂，其中8英寸晶圆厂为24座，占比24％，6英寸晶圆厂为42座，占比42％。

目前8英寸晶圆生产设备主要来自二手市场，价格昂贵且数量少，如蚀刻机、光刻机、测量设备，设备的稀缺同样钳制着8英寸晶圆产能的释放。8英寸晶圆通常对应90nm以上制程，在这些制程下生产的功率器件、CIS、PMIC、RF、指纹芯片以及NOR Flash等产品产能被明显限制。