为什么我们看到的晶圆不是“圆”的？

晶圆其实不是绝对“圆”的！即使抛开加工精度，晶圆也不是圆的！

“111”P-type晶圆

就像上图“111”P-type晶圆一样，我们通常看到的晶圆，是有一个切口的。这个切口或是平切掉一块，或是一个小小的缺口。为什么呢？

有个小缺口的晶圆

在硅晶圆片的制造和加工中，通常会在圆形表面上切割或研磨一个小的平面区域，这个区域被称为flat zones（“切平区”或“研磨平面”）。切平区通常位于晶圆周边的某个特定位置，这个位置的准确定义取决于晶圆的规格和设计。

晶圆切口的作用？

首先，切平区的作用是提供一个可供参考的定向标记，以便在芯片制造过程中，确定晶圆的方向和位置。

晶圆切口所代表的晶向及掺杂（SEMI标准）

其次，还可用于识别Wafer基本信息的晶体方向和类型，晶圆上的切口数量及位置，代表了晶圆的“晶向”及“掺杂类型”。如，根据使用最广泛的SEMI标准，它通过初级和次级平面形成的角度来区分晶圆：

二次切平区与主要切平区成180° ：n 型 <100>

二次切平区与主要切平区成90°：P 型 <100>

二次切平区与主要切平区成45° ：n 型 <111>

无二次平面：p 型 <111>

小晶圆切平角，大晶圆切小口

当晶圆尺寸越来越大的时候，如果还是切下一个平角，就会造成较大浪费。

flat与notch

因此，在200mm以下的硅锭上是切割一个平角，叫做Flat，在200mm（含）以上硅锭上，为了减少浪费，只裁剪个U型或V型小口，叫做Notch。

“111”P-type晶圆缺口

国标规定Notch 槽(V 形槽)深度为 1mm 角度为 90°是种具有一定角度和深度的凹型结构,因此无法直接测量 Notch 槽晶向。可以通过利用X射线测试与其垂直位置的晶向偏离度来表征 Notch 槽的晶向偏离度。

Notch槽结构放大图

为什么要区分晶向呢？

首先，硅晶圆晶格结构是立方体，具有四个等效的 <100> 方向和两个等效的 <110> 方向（就是说，虽然是同一种物质，特性却完全不一样，可以理解为同样用砖头盖房子，砖块不同的交错排列方式，会导致墙体特性完全不一样）。

砖墙垒法1

砖墙垒法2

硅晶圆的电子迁移率与其晶向有关，晶向不同，电子迁移率也不同。（晶向这一点太过专业，大家了解就好，不要深究，感兴趣可以看看材料学书籍）

硅晶圆晶格结构

<110> 晶向的原子排列相对紧密，电子在该方向上移动时，会遇到比较少的阻碍，因此电子迁移率高。

<100> 晶向的原子排列比较宽松，电子在该方向上移动时，会受到许多阻碍，所以电子迁移率较低。

除此之外，有些特殊应用需要采用其他方向的硅晶圆，如加速器用硅晶圆采用<111>晶向，以获得更好的性能。

直观来看，不同晶向硅片在碎裂时，碎裂形态差异非常之大。

不同晶向的硅片碎片情况

目前以CMOS为基础的半导体工艺一般使用的是<100>晶向的硅晶圆。因为在生产过程中切割成<100>晶向硅晶片的成本较低，且该晶向的硅晶片已经有较为成熟的制造工艺和生产设施。同时，<100>晶向硅晶片也具有优异的电学特性和较低的漏磁等特点，能够较好的适应目前集成电路的设计需求。