半導體製程系列 2/ 8 | 晶圓：從一粒沙到晶圓，晶片誕生之旅

想像你在海灘撿起一粒沙，這不起眼的粒子將化為 AI 晶片大餐的完美食材。這是《邊喝邊想》半導體製程系列的第二篇，上篇談晶片如何點燃 AI，這篇聚焦沙子如何變成晶圓，開啟數位旅程。本系列共八篇，涵蓋晶圓、氧化、晶體管、摻雜、沉積、光刻、蝕刻/CMP。核心問題：一粒沙如何變成承載數十億電晶體的晶圓？

晶圓，AI 的戰略基石

沙子的主要成分是二氧化矽（SiO₂），看似尋常，卻是全球半導體產業的起點。經過高溫提純、結晶、切割與拋光，它被鍛造成直徑300毫米、表面平整度達奈米級的晶圓。全球99%以上的積體電路都仰賴單晶矽晶圓。為什麼是矽？因為它的四價鍵結構，讓它既穩定又可控，正是半導體最關鍵的特性。

沙子的煉金術

柴可拉斯基法俗稱拉單晶：從熔融矽中拉製矽錠。

晶圓製造的第一步始於沙子的提純。二氧化矽在約2000°C高溫下與碳反應生成粗矽，再經多重化學提純，達到99.9999999%（9N）的超高純度，確保後續電晶體的穩定性。這就像精選咖啡豆，任何雜質都可能導致晶片失效。純化後的多晶矽被置於碳化矽坩堝，加熱至1420°C形成液態矽。接著，柴可拉斯基（Czochralski）成長法登場：一根特定晶向的單晶矽晶種（Seed）緩慢插入熔融矽，同步旋轉並拉出，讓液態矽沿種晶結構凝固，形成長數公尺、直徑數十公分的單晶矽錠，直徑通常為200或300毫米（12吋晶圓）。這是晶片製造的原型胚胎，確保原子排列一致，為後續電晶體製作提供完美基礎。

晶圓改變生活

拋光後的矽晶圓是科技樹的根基，準備打造晶片。

晶圓是 AI 晶片大餐的起點，支撐手機、5G、自駕車。2020 年晶片荒因晶圓短缺，影響汽車與醫療設備。晶圓就像食材，平凡卻奠定科技奇蹟。