半導體產業可說是21世紀最重要的產業之一，到了現在生活中隨處都能夠見到含有半導體的產品，小至手機、電腦，大至城市運輸系統、高鐵等，同時台灣半導體的產業產能在2019年時已達到2.7兆台幣，穩坐全球第2名，同時占比台灣GDP的15％，是台灣經濟實力成長的關鍵角色，當說到台灣的護國神山往往讓人想到台積電，但是整個半導體產業鏈可不只這些，尤其是半導體最重要的原料「矽晶圓」，今天就讓SEMI台灣半導體帶你了解矽晶圓是什麼?以及台灣矽晶圓三雄的走勢!
矽晶圓是什麼?
矽晶圓是相當純粹且單一的晶體，這是微電子器件的基礎，同時每一個晶圓都是你能夠想像得到最薄的薄膜所堆砌構成的，然後每片薄膜都被模式化形成微電路與晶體管，接著透過切割形成單獨的電子芯片。
IC的最主要原料為半導體，而業界主流使用的主體半導體為「矽」，這是因為電氣通過「矽」時相比其他材料更加容易控制，因此矽晶圓對於後續成形的芯片功能相當重要，而矽主要從沙子中提煉，可說是人類最強大的文明結晶。
矽晶是什麼?
矽晶是由純天然的矽礦或天然砂提煉而成的，無任何石油及塑膠成分，對環境並不會造成任何傷害。矽晶具有無味、無毒、穩定、耐冷、耐高溫等的特點，同時極佳的溫度穩定性可在攝氏-30℃至250℃的溫度內使用。是用於幾乎所有現代電子設備中基於矽的分立組件和集成電路的基礎材料。
矽晶圓製造過程
矽晶圓原料為單晶矽，因此矽晶圓的製造過程就是將天然砂提煉成高純度的矽，最後在透過一連串的加工變成矽晶圓。同時提煉出來的純度直接影響到後續半導體製程的良率，相當重要!
步驟一.提煉高純度矽
將含有大量「二氧化矽(SiO2)」的沙子透過一連串的化學反應提煉成純度99.99999％以上的矽(Si)，不過此階段的矽屬於多晶矽，還無法直接拿來製作成晶圓。
步驟二.單晶矽生長
透過「柴可拉斯基法」也稱為「直拉法」將多晶矽生長為棒狀。
首先將多晶矽放入坩鍋內融化，接著將由一小塊單晶矽製成的晶種以棒子伸入鍋中，並向上拉升，在這過程中棒子會帶動所有多晶矽一起旋轉，這時鍋中融化的矽會於晶種上凝固成棒狀圓柱，這根圓柱便是「矽晶棒(silicon ingot)」，主要構成為「單晶矽」。多晶矽
多晶矽的原子排列如同占地盤般，非常的紊亂
↓↓↓單晶矽
單晶矽的原子排列相當的整齊劃一，並朝同一方向排列，整個材料只有一種晶粒。
步驟三.矽晶棒處理
這時要開始製作成矽晶圓，透過切割機器將矽晶棒去頭去尾，接著使用鑽石研磨輪將矽晶棒研磨成需要的尺寸，同時還需研磨出v形槽或一到平邊，這是用來劃分矽結晶方向的記號。
步驟四.矽晶棒切片
當進入至這階段，矽晶圓廠會使用多道鍍上鑽石粉的線，將矽晶棒一口氣切成許多片狀的「晶圓(wafer)」。
步驟五.矽晶圓處理
接著來到總共5道工序的矽晶圓處理。
矽晶圓圓邊
為了避免矽晶圓的邊角受到外力被砸碎，會將晶圓磨成圓弧形狀。
晶圓研光(Wafer Lapping)
當矽晶圓經過較為粗暴的切割、研磨與圓邊，表面會具有些微細的坑疤創口，這時就會需將晶圓表面利用「研光(Lapping)」的方式去除。
晶圓蝕刻
透過化學蝕刻液將晶圓表面的損傷更加徹底地去除。
晶圓微波退火
當晶圓經過了研光與蝕刻後，矽晶圓內還是會具有較不穩定的原子，不照單晶的方式排列好，這時就會讓晶圓加溫，使得原子的排列更加完美。
晶圓拋光
為了追求後續IC製造時的良品率，會將晶圓拋光，讓表面極致的光滑平坦，幫助後續積體電路能夠順利的刻在晶圓上，將晶圓放置於旋轉的拋光墊上，透過研磨液內的腐蝕液與顆粒將晶圓表面拋光至最佳狀態。接著便能夠出貨了。
矽晶圓用途
由單晶矽所構成的矽晶圓是半導體產業的基底，也是所有IC產品的原料，良好的矽晶圓能夠做出優秀且具備強大性能的IC。
台灣矽晶圓廠排名
矽晶圓材料供應商大多為台商、日商與韓商，同時因應5G技術的逐步成熟，網路通訊設備、HPC等高階應用GPU、CPU晶片的需求量日益增多，各大矽晶圓製造廠是日益獲利大。
信越化學
日商信越化學是目前全球矽晶圓製造的第一大廠商，透過長期方式與客戶簽訂合約，除了晶圓製造的業務外，信越化學還生產高階光阻劑，在半導體原料市場中佔有相當大的領先地位。
SUMCO
SUMCO為日本的半導體材料製造商，同時也透過簽訂長期合約的方式，來確保與客戶彼此間長期的利益，同時台灣也有設立子公司「台塑勝高科技」，簡稱台勝科，就近供貨給台灣半導體產業鏈下游的IC矽晶圓製造公司，屬於台灣矽晶圓三雄之一。
環球晶圓
環球晶圓股份有限公司，為台灣的矽晶圓製造上櫃公司，同時也是世界第3大矽晶源供應商，站穩矽晶圓三雄位置。
SK Siltron
韓國的矽晶圓製造商SK Siltron於2017年從LG手中收購LG Siltron，同時因南韓所需矽晶圓高度依賴日本進口，為了確保自身矽晶圓於全球市場的競爭力，於2019年宣布收購美國化學大廠杜邦的碳化矽晶圓事業，鞏固南韓的自製矽晶圓比例。
合晶科技
台灣的矽晶圓三雄之一，和晶科技，產品包含各種200毫米含以下的晶圓，同時透過不同應用的元件屬性，以材料專業為主的整合技術能夠達到客戶需求。
矽晶圓原料產地
矽晶圓原料產地矽晶圓廠的原料為多晶矽，而目前製造多晶矽的矽晶圓原料產地大廠有Hemlock(美國)、Wacker(德國)、REC(挪威)、東洋化工OCI(韓國)、Tokuyama(日本)和協鑫集團GCL(中國大陸)。
