【创作培育计划】芯片为什么不做成圆形？

作者：周雷

不管是不是电子产品爱好者，相信大部分人对“芯片”这个词都不陌生，大到电视、冰箱、空调，小到手机、手表、剃须刀，几乎我们身边每个角落都有它的身影。但是不管是什么设备，里面芯片的形状都是矩形。为什么芯片不做成圆形或者其它形状？

要解释这个问题得从芯片制造说起。

芯片制造主要有四大流程。上游的IC（Integrated circuit，集成电路）设计公司根据要求设计出电路图，硅晶圆制造公司制造出硅晶圆。中游的IC制造公司把设计出的电路图移植到硅晶圆上，最后再把晶圆送到下游的IC封装厂进行封装测试。

芯片之所以是矩形主要原因在于晶圆制作工艺。芯片的主要成分是硅，要把不起眼的沙打造成比黄金还贵的芯片，首先要进行硅的初纯化，通过高温加热、纯化、过滤等工艺，从二氧化硅中提出高纯度的多晶硅，然后再把多晶硅变成纯度极高，结构稳定、电性能良好，适合做芯片的单晶硅。这一系列过程目前行业内主要采用的方法是1918年，前苏联科学家切克劳斯基发明的直拉式晶体生长法（CZ法）。

根据CZ法，从硅砂中提取出多晶硅后，将其放入石英坩埚中高温融化，然后用一颗小籽晶或者叫晶种，放入溶液中。硅溶液碰到单晶硅种后会在硅种的尾部有序生长，通过控制旋转和提拉速率，就能出溶液中拉出不同大小的单晶硅棒。由于是旋转提拉，所以拉出来的单晶硅棒都是圆柱形的，从中切出来的硅片也是圆形的，也就是所说的“晶圆”。芯片就是从晶圆中裁切出来的。

单晶硅的制作工艺这么复杂，作为一件商品，当然是能从中切出越多的芯片越好。所以把芯片切成方形就成了利益最大化的选择。

那么问题来了，要是用其它方法把单晶硅棒做成其它形状，芯片是不是就可以做成其它形状了？

如果不考虑实际收益的话，把单晶硅棒做成其它形状理论上是可行的。因为除了直拉法之外，还有其它生产硅棒的方法，比如区熔法。但是即使生产出其它形状的硅棒，但由于后续工艺，切出来的硅片也只能是圆形的。

因为切出硅片后，在光刻之前，需要在硅片上涂光刻胶。目前行业内普遍采用的是“甩胶法”，简单来说就是在硅片中心涂光刻胶，然后旋转硅片。如果硅片是其它形状，就很可能造成一些地方胶多，一些地方胶水少，涂抹不均匀的情况。而任意方向都轴对称的圆形就不会出现这种情况。

所以，即便造出其它形状的单晶硅棒，收益最大的做法还是把硅片裁成圆形，从中裁切出的芯片自然也是方形的收益最大。

除此之外横平竖直的切割方式也使得方形的良品率最高，曲线切割对机器的精密程度要求更高，成本也更高，得不偿失。

总结来说，单晶硅棒的生产方式决定了硅片的形状为圆形，圆形的硅片决定了芯片的形状为方形。此外，后续包括涂抹光刻胶、以及光刻等加工工艺都是基于“晶圆”的标准设计的，所以方形芯片是一个受益最大约定俗成的结果。当然，未来会有其它形状的硅片以及芯片吗？从目前的情况来看，可以有，但是没必要。

参考资料

[1]揭秘！芯片设计及制造全过程

https://www.hisilicon.com/cn/about-us/press/news/chip-design-and-manufacturing

[2]芯片制造流程详解，具体到每一个步骤

https://www.guancha.cn/TMT/2017_06_26_415071.shtml

[3]苹果华为都在搞胶水芯片，这事得怪晶圆太圆了

https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_17570832

[4]为什么硅片不是方的？

https://www.iszcc.com/news/info12.html

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