晶圓（Wafer），是指制作硅半導體電路所用的硅晶片，其原始材料是硅。晶圓是由高純度的多晶硅（純度高達99.999999999%）制成大單晶，給予正確的取向和適量的N型或P型摻雜，經過晶體生長得到硅錠，在經過研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，由于形狀為圓形，故稱為晶圓。這種高純硅晶片上可以加工制作出各種電路元件，使之成為有特定電性功能的IC產品。
晶圓是制造半導體芯片的基本材料，是以硅為主要原料制成的圓形薄片，具有一定的導電性和半導體特性。晶圓的主要加工方式為片加工和批加工，即同時加工1片或多片晶圓。晶圓的制造過程非常復雜，需要經過多道工藝流程，包括晶體生長、晶圓切割、表面拋光、光刻、蝕刻等步驟。隨著半導體特征尺寸越來越小，加工及測量設備越來越先進，使得晶圓加工出現了新的數據特點。同時，特征尺寸的減小，使得晶圓加工時，空氣中的顆粒數對晶圓加工后質量及可靠性的影響增大，例如可能導致電路缺陷或可靠性下降，而隨著潔凈的提高，顆粒數也出現了新的數據特點。硅晶圓尺寸最大達12寸，化合物半導體晶圓尺寸最大為6英寸，8寸是常用的成熟制程晶圓。國內晶圓生產線以8英寸和12英寸為主。
據Siltronic統計，2020年全球前五大硅片制造商為日本信越、SUMCO、環球晶圓、SK Siltron和世創。截至2023年3月，2023年第二季度全球十大晶圓代工廠排名，由高至低分別為：臺積電、三星電子、格羅方德半導體股份有限公司、聯華電子、中芯國際、華虹集團、高塔半導體，力晶半導體股份有限公司、世界先進以及晶合集成。
制備工藝
晶圓是制造半導體芯片的基本材料，半導體集成電路最主要的原料是硅，硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的形式廣泛存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造可以歸納為三個基本步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓制備。
硅提煉及提純
硅提純，是將沙石原料放入一個溫度約為2000℃，并且有碳源存在的電弧熔爐中，在高溫下，碳和沙石中的二氧化硅進行化學反應(碳與氧結合，剩下硅)，得到純度約為98%的純硅，又稱作冶金級硅，這對微電子器件來說其純度不夠，因半導體材料的電學特性對雜質的濃度非常敏感，因此需要對冶金級硅進一步提純：將粉碎的冶金級硅與氣態的氯化氫進行氯化反應，生成液態的硅烷，然后通過蒸餾和化學還原工藝，得到高純度的多晶硅，其純度高達99.999999999%，成為電子級硅。
單晶硅生長
單晶硅的制備方法有直拉法（CZ法）、區熔法（Fz法）和外延法，其中直拉法和區熔法用于制備單晶硅棒材。區熔硅單晶的最大需求來自于功率半導體器件。
直拉法
直拉法又稱為柴可拉斯基法（Czochralski），簡稱為CZ法。其過程相對較為簡單，該種方法生產成本相對較低，且能夠大量生產，可以生產出高質量、大尺寸的半導體級或太陽能級單晶硅片，因此在制備單晶硅過程中被廣泛使用。
直拉法是將高純度的多晶硅放在石英堝中，并用外面圍繞著的石墨加熱器不斷加熱，溫度維持在大約1400℃，爐中的空氣通常是惰性氣體，使多晶硅熔化，同時又不會產生不需要的化學反應。為了形成單晶硅，還需要控制晶體的方向：坩堝帶著多晶硅熔化物在旋轉，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉，同時慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。熔化的多晶硅會粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不斷地生長上去。因此所生長的晶體的方向性是由籽晶所決定的，在其被拉出和冷卻后就生長成了與籽晶內部晶格方向相同的單晶硅棒（也稱硅單晶錠）。
區熔法
區熔法，又稱Fz法，即懸浮區熔法。區熔法生產單晶硅不使用坩堝，而是將硅棒局部利用線圈進行熔化，在熔區處設置磁托，因而熔區可以始終處在懸浮狀態，將熔硅利用旋轉籽晶進行拉制，在熔區下方制備單晶硅。該種方法優勢在于，熔區為懸浮態，因而在生長過程中單晶硅不會同任何物質接觸，并且蒸發效應以及雜質分凝效應較為顯著，因此具有較高的純度，其單晶硅制品性能相對較好。但由于工藝復雜，對設備以及技術要求較為嚴格，因此生產成本相對較高，主要被用于制作高反壓元件上，如可控硅、整流器、探測器件等，其產品多應用于太空以及軍工領域。
以上參考：
晶圓制備
單晶硅棒還要經過一系列加工才能形成符合半導體芯片制造要求的半導體襯底，即晶圓，半導體單晶棒制備完成后,需要經過進一步加工制備成晶片（晶圓、基片）以達到半導體器件應用的要求。半導體晶片的制造基本步驟包括：晶片切割、化學處理、表面拋光和質量測量。
晶錠整形
硅單晶錠在生長完成后，形狀不規整，需要進一步整形以適應晶片加工的要求。首先是去兩端，即把晶錠的籽晶端和與非籽晶端的不規則部分切除。去端后的晶錠可通過測試電阻確定單晶雜質均勻性。由于在晶體生長中直徑和圓度的控制不可能很精確，接著通過徑向研磨來控制單晶硅錠的直徑。此外在晶錠整形過程中，也往往通過定位標志標明晶體結構類型與晶向。
其主要作用有兩點：
1、硅棒的頭尾部雜質含量與中間部分相差較大；
2、頭尾直徑小于中部，為了后續工藝中得到相同直徑的晶圓片，必須截斷。
切片
晶錠整形完成后就是切片，單晶硅在切片時，硅片的厚度、晶向、翹曲度和平行度是關鍵參數，需要嚴格控制。晶片切片的要求是：厚度符合要求；平整度和彎曲度要小；無缺損；無裂縫；刀痕淺。單晶硅切成硅片，通常采用內圓切片機或線切片機。
內圓切片機采用高強度軋制圓環狀鋼板刀片，外環固定在轉輪上，將刀片拉緊，環內邊緣有堅硬的顆粒狀金剛石。切片時，刀片高速旋轉，速度達到1000～2000r/min。在冷卻液的作用下，固定在石墨條上的單晶硅會向刀片做相對移動。這種切割方法，技術成熟，刀片穩定性好，硅片表面平整度較好，設備價格相對便宜，維修方便。但是由于刀片有一定的厚度，在250～300μm 左右，約有1/3 的晶體硅在切片過程中會變成鋸末，所以這種切片方式下晶體硅材料的損耗很大，而且內圓切片機切片的速度較慢，效率低，切片后硅片的表面損傷較大。對于200mm左右較小直徑的單晶錠，一般采用金剛石切割邊緣的內圓切割機來完成其切片。
另一種切片方法是線切片，通過粘有金剛石顆粒的金屬絲的運動來達到切片的目的。線切片機的使用始于1995年，一臺線切片機的產量相當于35 臺內圓切片機。通常線切片的金屬直徑僅有180μm，對于同樣的晶體硅，用線切片機可以使材料損耗降低25%左右，而且線切片的應力小，切片后硅片的表面損傷較小。但是，硅片的平整度稍差，設備相對昂貴，維修困難。太陽能電池用單晶硅片對硅片平整度的要求并不高，因此，對于300mm 以上的大直徑硅晶錠，一般采用線鋸來切片。
磨片
工藝目的
切片完成后，需要進一步使用雙面磨片以去除切片時損傷，并實現晶片兩面的晶向平行與平整度。
磨片工藝的目的是：
1、去除硅片表面的刀疤，使硅片表面加工損傷均勻一致；
2、調節硅片厚度，使片與片之間厚度差逐漸縮小，并提高表面平整度和平行度。
選片
在研磨晶體基片前首先要進行選片，把切割好的晶體基片按不同厚度進行分類，將厚度一樣的晶體基片進行粘片，準備研磨。影響晶體基片平整度的因素包括選片、粘片和在研磨過程中磨料分布的情況以及晶體基片本身的質量。
磨料材料
研磨時對磨料的要求：對晶片的磨削性能好；磨料顆粒大小均勻；磨料具有一定的硬度和強度。可以用于硅片研磨的磨料材料主要有Al2O3、碳化硅、ZrO2、SiO2、碳化硼 等高硬度材料，其中以Al2O3 和SiC 應用最為普遍。目前磨料的粒徑應該盡可能地均勻，實際應用的研磨劑是用粉末狀磨料與礦物油配制而成的懸浮液，在使用前研磨劑應進行充分的攪拌。
研磨方式
研磨按照機械運動形式的不同分為：旋轉式磨片法、行星式磨片法和平面磨片法等。按表面加工的特點不同又分為：單面磨片法和雙面磨片法。所謂單面磨片法，就是對一面進行研磨，雙面磨片法就是兩面都要研磨。
行星式磨片法是最常見的方式，采用雙面磨片機，有上下兩塊磨板，中間放置行星片，硅片就放在行星片的孔內。磨片時，磨盤不轉動，內齒輪和中心齒輪轉動，使行星片與磨盤之間做行星式運動，以帶動硅片做行星式運動，在磨料的作用下達到研磨的目的。行星片由特殊鋼、普通碳鋼或鋅合金加工而成。
磨片工序
因磨料的顆粒大小和顆粒度的均勻性，與被研磨的晶體基片表面質量有很大關系。在一定的工藝條件下，損傷層深度正比于所使用的磨料顆粒度大小，粗的磨料引起較深的損傷層，反之損傷層小，所以，磨片工序分為粗磨和精磨兩道工序。
粗磨工序用于快速減薄晶體基片，精磨工序用于改善片面質量，這是因為磨料的顆粒大小對研磨效率有較大的影響，磨料顆粒度的大小與研磨速度成正比，與研磨質量成反比。研磨速度與機械的轉數成正比，壓力越大，研磨效率就越高，但是壓力過大，容易產生碎片現象和損傷增大，研磨速度也隨磨料濃度的增加而增大。因此，要得到好的研磨質量，同時又能提高生產效率，就必須選用適當的磨料、合理的壓力以及合適的機器轉數。
倒角
倒角是用具有特定形狀的砂輪，磨去硅片邊緣鋒利的崩邊、棱角和裂縫等。通過對硅片邊緣的拋光與修整，從而使硅片邊緣獲得平滑的半徑周線。其重要作用在于所形成的平滑邊緣半徑可以降低晶片邊緣裂痕所導致的位錯對晶片性能的影響。
對硅片倒角可使硅片邊緣獲得平滑的半徑周線，如圖4.12 所示，這一步可以在磨片之前或之后進行。在硅片邊緣的裂痕和小裂縫會在硅片上產生機械應力并會產生位錯，尤其是在硅片制備的高溫過程中。小裂縫會在生產過程中成為有害沾污物的聚集地并產生顆粒脫落。平滑的邊緣半徑可以將這些影響降到最小。
倒角的目的有以下三個方面：
1、防止晶圓邊緣碎裂。晶圓在制造與使用的過程中，常會受到機械手等的撞擊而導致晶圓邊緣破裂，形成應力集中的區域。這些應力集中的區域會使得晶圓在使用中不斷地釋放污染粒子，進而影響產品的成品率；
2、防止熱應力的集中。晶圓在使用時，會經歷高溫工藝，如氧化、擴散等，當這些工藝中產生的熱應力大小超過硅晶格的強度時，即會產生位錯與層錯缺陷，晶邊磨圓可以避免該類缺陷的產生；
3、增加外延層和光刻膠層在晶圓邊緣的平坦度。在外延工藝中，銳角區域的生長速度會比平面高，因此，使用沒有磨圓的晶圓容易在邊緣產生突起。同樣，在利用旋轉涂布機涂光刻膠時，光刻膠溶液也會在晶圓邊緣發生堆積現象，這些不平整的邊緣會影響掩模板對焦的精確性。
刻蝕
為了消除晶片在制備與整形過程形成的損傷與污染，一般采用化學刻蝕的方法進行表面處理，來選擇性地去除表面雜質與損傷。在硅片刻蝕工藝中，一般需要采用化學腐蝕去掉表面厚度約20μm 的硅，這樣才能確保去除所有損傷與污染。
拋光
拋光是硅片表面的最后一道重要加工工序，也是最精細的表面加工。拋光的目的是除去表面細微的損傷層，得到高平整度的光滑表面。
拋光工藝
1、機械拋光法。機械拋光的原理與磨片工藝相同，但其采用的磨料顆料更細些。機械拋光的硅片一般表面平整度較高，但損傷層較深，若采用極細的磨料拋光則速度很慢。工業上一般已不采用機械拋光法；
2、化學拋光法。化學拋光常用硝酸與氫氟酸的混合腐蝕液進行。經化學拋光的硅片表面可以做到沒有損傷，拋光速度也較快，但平整度相對較差，因此化學拋光一般作為拋光前的預處理，而不單獨作為拋光工藝使用；
3、化學機械拋光法。是利用拋光液對硅片表面的化學腐蝕和機械研磨同時作用，兼有化學拋光和機械拋光兩種拋光法的優點，是現代半導體工業中普遍采用的拋光方法。化學機械拋光法所使用的研磨液一般為膠狀的二氧化硅液。
直徑為200mm及更小的硅片，僅對上表面進行拋光，背面仍保留化學刻蝕后的表面，這就會在背面留下相對粗糙的表面，因此，市場銷售的晶片，兩面的粗糙度是不一樣的，非拋光面的粗糙度往往是拋光面粗糙度的3倍，其目的是提供一個粗糙表面來方便器件傳送。
直徑為300mm的硅片，一般用化學機械拋光法進行雙面拋光（DSP）。硅片在拋光盤之間行星式的運動軌跡在改善表面粗糙度的同時，也使硅片表面平坦且兩面平行。拋光后硅片的兩面會像鏡子一樣。
拋光加工的注意事項：
拋光后表面粗糙度測量
拋光后需要用原子顯微鏡對晶圓的表面粗糙度進行測量，表征晶圓表面粗糙度的參數有：
1、TTV（Total Thickness Variation），晶圓厚度的最大值與最小值之差，如圖所示，TTV=a-b。
2、TIR（Total Indicator Reading），晶圓表面最高處與參考面之間的距離和最低處與參考面之間的距離之和，如所示，TIR=a+b。
3、FPD（Focal Plan Deviation）。晶圓表面一點距參考面的最大距離，如果a>b，則FPD=a；反之，則FPD=b。
晶圓的清洗、質量檢測及包裝
清洗
晶圓從單晶硅棒拉制完成經歷了切片、研磨、拋光等加工工序，中間接觸了拋光劑、研磨料等各種化學試劑，同時還受到了表面冗余物的污染，冗余物種類較多，小到幾十納米的微小顆粒，大到幾百微米的灰塵，以及前一個工序留下的表面殘留物；顆粒可能引入的工序有刻蝕、拋光、清洗等。為了制備半導體器件，半導體晶片必須通過清洗得到超凈的表面，因此最后需要將這些雜質清除干凈。清洗后的晶片表面可以達到幾乎沒有顆粒和沾污的程度。
清洗步驟：
當分子型雜質吸附在硅片表面時，硅片表面呈現疏水性，從而妨礙清除離子型和原子型雜質，因此化學清洗首先要清除這些疏水性的有機化合物。清洗這些有機雜質可用四氯化碳、三氯乙烯、甲苯、丙酮、乙醇等有機溶劑，也可采用硫酸碳化、硝酸或堿性過氧化氫洗液氧化等方法去除。
離子型和原子型吸附的雜質由于其吸附力都較強，因此一般都采用反應性試劑去除，如先用鹽酸、硫酸、硝酸或堿性過氧化氫洗液以清洗掉離子型吸附雜質，然后再用王水或酸性過氧化氫清洗掉殘存的離子型雜質及原子型雜質，最后用高純水將硅片沖洗干凈。
質量檢測
重要的硅片質量要求包括：物理尺寸、平整度、微粒粗糙度、氧含量、晶體缺陷、顆粒以及體電阻率。供應商必須通過檢查硅錠和硅片的質量來控制產品質量，以達到質量參數的要求。如果把有缺陷的硅片交給半導體芯片制造廠，會造成嚴重的后果。
物理尺寸
為了達到芯片生產中器件制造的要求，以及適合硅片制造廠自動傳送設備的要求，硅片必須規定物理尺寸。在硅片的制備中，尺寸控制包括許多測量，例如直徑、厚度、晶向位置和尺寸、定位邊和硅片形變等。
平整度
平整度是硅片最主要的參數之一，主要是因為光刻工藝對局部位置的平整度是非常敏感的。硅片平整度是指在通過硅片的直線上的厚度變化。它是通過硅片的上表面和一個規定參考面的距離得到的。對一個硅片來說，如果它被完全平坦地放置，參考面在理論上就是絕對平坦的背面，比如利用真空壓力把它拉到一個清潔平坦的面上，平整度可以規定為硅片上一個特定點周圍的局部平整度，也可以規定為整體平整度，它是在硅片表面的固定質量面積（FQA）上整個硅片的平整度。固定質量面積不包括硅片表面周邊的無用區域。測量大面積的平整度要比小面積難控制。
微粒粗糙度
微粒粗糙度是實際表面同規定平面的小數值范圍的偏差，它有許多小的距離很近的峰和谷，它是硅片表面紋理的標志。表面微粒粗糙度測量了硅片表面最高點和最低點的高度差別，它的單位是納米。粗糙度的標準值用均方根來表示，它是規定平面所有測量數值的平方的平均值的平方根。硅片表面微粒粗糙度是用光學形貌分析儀測量的。對芯片制造來說，表面微粒粗糙度的控制非常重要，這是因為在器件的制造中，它對硅片上非常薄的介質層的擊穿有著負面影響。
氧含量
控制硅棒中的氧含量非常重要，但是隨著硅棒直徑尺寸的不斷增大，其控制難度也越來越大。少量的氧能起到俘獲中心的作用，它能束縛硅中的沾染物，然而硅棒中過量的氧會影響硅的機械特性和電學特性。例如，氧會導致PN 結漏電流的增加，也會增大MOS 器件的漏電流。 硅中的氧含量是通過橫斷面來檢測的，即對硅晶體結構進行成分的分析。一片有代表性的硅被放在環氧材料的罐里，然后研磨并拋平使其露出固體顆粒結構，用化學腐蝕劑使要識別的特定元素發亮或發暗。樣品準備好后，使用透射電鏡（TEM）描述晶體的結構，目前硅片中的氧含量被控制在（24～33）ppm。
晶體缺陷
為了使各類晶體缺陷減到最少，必須對硅片加以控制。目前要求每平方厘米的晶體缺陷少于1000 個。橫斷面技術是一種控制晶體體內微缺陷的方法。
顆粒
硅片表面顆粒的數量應該加以控制，使在芯片制造中的成品率損失降到最低。減少顆粒的主要方法是在硅工藝中盡量減少顆粒的產生，并且采用有效的清洗步驟去除顆粒。典型的硅片潔凈度規范是在200mm 的硅片表面每平方厘米少于0.13 個顆粒，測量到的顆粒尺寸要大于或等于0.08μm。
包裝
硅片供應商必須仔細地包裝要發貨給芯片制造廠的硅片。如果硅片在運輸過程中發生損壞，前面的努力就會白費。硅片一般疊放在有窄槽的塑料片架上以支撐硅片。裝滿硅片后，片架就會放在充滿氮氣的密封小盒里以免在運輸過程中氧化和沾污。
晶圓不僅在半導體產業中發揮著重要的作用，而且在其他領域也有廣泛的應用。例如，它可以用于制造太陽能電池板、LED芯片、微機電系統(MEMS)等。在這些應用中，晶圓的制造工藝和要求也有所不同，但是它們的共同點在于需要高精度的制造技術和嚴格的質量控制標準。
晶圓尺寸
中國晶圓生產線以8英寸和12英寸為主。尺寸最大達12寸，化合物半導體晶圓尺寸最大為6英寸。硅晶圓襯底主流尺寸為12英寸，約占全球硅晶圓產能65%，8寸也是常用的成熟制程晶圓，全球產能占比25%。GaAs襯底主流尺寸為4英寸及6英寸；碳化硅襯底主流供應尺寸為2英寸及4英寸；GaN自支撐襯底以2英寸為主。
以上參考：
應用領域
晶圓不僅在半導體產業中發揮著重要的作用，而且在其他領域也有廣泛的應用。例如，它可以用于制造太陽能電池板、LED芯片、微機電系統(MEMS)等。在這些應用中，晶圓的制造工藝和要求也有所不同，但是它們的共同點在于需要高精度的制造技術和嚴格的質量控制標準。
著名晶圓廠商
晶圓制造
據Siltronic統計，2020年全球前五大硅片制造商為日本信越、SUMCO、環球晶圓、SK Siltron和世創，他們共同占據著半導體硅片市場 87%的份額。
晶圓代工
截至2023年3月，據調研機構TrendForce 集邦咨詢統計，2023年第二季度全球十大晶圓代工廠排名，由高至低分別為：臺積電、三星、格芯、聯電、中芯國際、華虹集團、高塔半導體，力積電、世界先進以及晶合集成，其中臺積電以56.4%的市場份額繼續排名第一。
參考資料 >
晶圓的定義和含義.Merriam-Webster.2023-09-10
關于晶圓介紹以及IGBT晶圓的應用—維科號.工采網電子元件.2023-09-10
半導體晶圓最全介紹. 中國科學院半導體研究所.2023-09-11
中國半導體領域傳出好消息!硅晶圓打破國外壟斷!.新浪財經.2025-08-18
硅片長期被海外壟斷，自主創新迫在眉睫，技術上已有突破.21世紀經濟報道.2023-09-10
全球TOP10晶圓代工廠出爐 - OFweek電子工程網.OFweek電子工程網.2023-09-14
半導體晶圓制造材料深度報告.北京電子學會.2023-09-11
從“0到1”突破!上海微系統所制備出國內第一片300mm RF-SOI晶圓【附半導體硅片行業分析】.搜狐網.2025-08-21