為什么晶圓的邊需要鋪滿電路？

老虎說芯|Tiger Chip|

2025-01-15 10:55:47 523

晶圓制造工藝是半導體生產中的關鍵步驟，晶圓的邊緣區域對整個制造過程和成品良率具有重要影響。

1. 防止邊緣效應影響芯片質量

邊緣效應指的是由于晶圓邊緣的處理不同于中心區域，導致的電學和物理性能的差異。晶圓邊緣由于距離加工工具較遠或光刻曝光時的處理不均，可能會出現性能不穩定的情況。比如，金屬層和通孔的連接可能不良，或者材料沉積不均，導致邊緣區域的芯片電性能異常。如果晶圓邊緣沒有電路結構，周圍的材料密度和中心區域不同，這樣會對內部芯片的整體質量產生影響，降低芯片的良率。

可以把晶圓的邊緣看作是一個被拋在外面的“孤島”，它與“島嶼”中心的其他部分相比沒有保護，容易受到外界的干擾。若沒有合適的結構設計，孤島的環境會影響島內的生態平衡（即芯片的性能）。在半導體制造中，這種“孤島”效應對產品的穩定性和可靠性造成不良影響。

2. 確保加工均勻性和一致性

晶圓在制造過程中，需要經過多個精細的工藝步驟，如光刻、金屬沉積、化學機械拋光（CMP）等。每一步都需要保持均勻性，否則會導致加工誤差。如果晶圓邊緣沒有電路結構，會影響拋光過程中的力學分布。以CMP為例，CMP主要通過機械和化學相結合的方式去除晶圓表面多余的材料，保持晶圓的平整度。如果邊緣沒有電路結構，就會導致晶圓邊緣沒有足夠的摩擦力，導致邊緣和中心的研磨速率不同，從而產生高度差，進而影響中心區域芯片的質量。

就像在砂紙打磨木材時，若木材的邊緣不平整，打磨會變得不均勻，導致表面光滑度不一致。同樣，晶圓邊緣的“不均勻”會影響整個晶圓的表面平整度和芯片的良率。

3. 優化芯片布局與空間利用

晶圓邊緣鋪滿電路也有助于優化芯片布局，提高晶圓的使用效率。晶圓的邊緣部分常常包含一些特殊的“dummy pattern”芯片或測試電路，這些電路并不是用于最終產品，但它們有助于測試和調試制造過程中的一些細節問題。例如，測試芯片可以用于驗證光刻工藝的精度，或者用來測試材料沉積和蝕刻工藝的穩定性。

就像在拼圖游戲中，周圍的邊框幫助你更好地組織和排列里面的碎片。晶圓的邊緣鋪設測試電路也是為了保證工藝的準確性和可靠性，從而提高整體生產的效率和質量。

4. 減少生產過程中的浪費

晶圓邊緣如果沒有設計電路結構，可能會造成更多的材料浪費。尤其是在更大直徑的晶圓上，邊緣區域的損失更為明顯。制造過程中，晶圓邊緣通常被切割或者磨削，這樣會導致更多的邊緣芯片丟失。如果邊緣區域沒有電路設計，雖然看似可以節省一些材料，但實際上會浪費更多的空間和晶圓面積，因為生產商無法將這些邊緣區域有效利用。

假如你在制作一個大的披薩時，只切掉外圍邊緣，但仍然不能將這部分的面團合理利用，這樣反而會浪費更多的食材。同理，晶圓的邊緣部分如果沒有電路，可以導致更多的芯片喪失，進而影響整個生產過程的成本效益。

5. 避免光刻與蝕刻不均勻

在光刻工藝中，晶圓表面覆蓋一層光刻膠，隨后通過光照將圖案轉移到晶圓表面。如果邊緣沒有電路圖案，會導致在曝光過程中，邊緣區域的光照強度或分布不均勻。由于光刻曝光是按區域進行的，若邊緣沒有電路，可能會導致光刻過程中的不均勻性，進一步影響整個圖案的形成，特別是對于微小尺寸芯片而言，精度要求極高。

類比：

可以想象光刻過程類似于用太陽鏡片投影太陽光形成陰影，若沒有完整的遮罩，邊緣的光線會有折射或者擴散，造成圖案的不清晰。晶圓的邊緣需要有合適的電路來保證光照的均勻分布，確保整個曝光過程的*性。

6. 降低晶圓整體良率波動

晶圓制造工藝中，由于復雜的化學反應、物理加工以及環境因素，任何微小的工藝差異都會影響最終的良率。邊緣沒有電路結構會使得這些工藝差異更加明顯，因為在這些區域中，圖案的形成和材料的沉積不夠穩定。這種不穩定性可能在后續的加工環節中進一步放大，導致一些芯片無法通過質量檢測。

就像在建筑時，如果忽視了建筑物四周的地基，建筑的結構會受到影響，可能導致中心部分也出現問題。同理，晶圓邊緣如果沒有適當的電路結構，也會讓整個晶圓的質量波動增加，影響最終的芯片質量。

結論：晶圓的邊緣需要鋪滿電路，目的是為了防止邊緣效應、確保加工均勻性、優化空間利用、減少生產浪費、避免光刻與蝕刻不均以及降低整體良率波動。通過這些措施，晶圓制造過程中的每一步都能更精確地控制，最終確保芯片的高質量和高良率。

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