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在半导体制造领域，晶圆（Wafer）作为集成电路的基础材料，其重要性不言而喻。从早期较小的 2 英寸、4 英寸，逐步发展到当下主流的 12 英寸(300mm)，随着工艺不断朝着更精细的方向发展，晶圆尺寸也在持续增大。而在这复杂精密的制造流程里，有个容易被忽视却至关重要的结构设计——Notch（缺口），它对晶圆在制造时的精确定位和晶向对齐起着关键作用。下面详细介绍 12 英寸晶圆 Notch 的由来、作用以及在半导体制造中的应用。
Notch 的诞生溯源
晶圆标准化进程中的转变:
• 在半导体工业发展初期，像 4 英寸和 6 英寸的晶圆，一般采用 Flat（平边）作为定位标志。不过，当晶圆尺寸增大后，Flat 占用过多边缘空间的问题就凸显出来，影响了有效利用面积。所以，12 英寸晶圆便采用 Notch（小缺口）作为标准定位方式，以此来解决上述问题。
Notch 的形貌:
notch 的尺寸是要严格符合 SEMI 的标准的，如上图：
1，Vw 代表 notch 的总宽度，它的大小与硅片的直径和厚度有关。
2，Vh 是 notch 的深度，表示凹槽从硅片边缘到凹槽底部的垂直距离，一般范围在 1.0 -1.25mm 之间，Vh 对于确保 notch 的对位精度至关重要。
3，AngV，即 Notch Angle，AngV 是 notch 的夹角，是凹槽两侧边缘之间的角度，一般在 89°-95°之间，这个角度对 notch 的几何形状和定位起到决定性作用。
4，R1 和 R2 分别表示 notch 两侧拐角的半径。这两个半径决定了凹槽拐角的圆滑程度，影响到 notch 的应力集中情况，影响硅片的机械性能。
5，Vr 是 notch 底部的曲率半径，表示凹槽底部的弧度大小。Vr 可以改变 notch 的曲线形状和平滑度，较大的 Vr 可以使 notch 底部更平缓，有助于减小应力集中。
6，Notch Orientation，凹槽的方向与晶圆的特定晶向平行，允许有±2 度的偏差。
Notch 在半导体制造中的核心作用
机械定位与精准对准
• 助力设备自动化搬运：在生产线上，机械手臂依靠 Notch 来识别晶圆方向，从而确保晶圆能准确无误地进入光刻机、刻蚀机等设备，保障生产流程顺利进行。
• 防止晶圆错误装载：Notch 能避免晶圆被倒置或旋转 180°错误装入工艺腔室，保障了生产的准确性和稳定性。
清晰标识晶向
• 12 英寸晶圆的 Notch 通常有指向圆心的 <100> 晶向和 <110> 晶向，而晶圆表面为 (001) 晶面。
• 在 MOSFET 制造时，栅极（Poly）方向一般垂直于 Notch，这样能让沟道沿 <100> 晶向和 <110> 晶向，电子沿 <100> 晶向载流子迁移率最大，空穴沿 <110> 晶向载流子迁移率最大，根据对应的技术节点工艺选择合适晶相的晶圆(涉及一些应力工程技术)
严格把控工艺一致性
• 在光刻和化学机械抛光等对精度要求极高的工艺中，Notch 作为基准点，保证多层对准的精度，确保每层图案都能准确叠加。
• 在离子注入过程中，notch 就相当重要了。在定义注入初始角度，旋转次数和角度都有明确的规定。定义 notch 朝下时为 0 度，根据 recipe 设定来。
• 在晶圆切割时，Notch 能帮助确定切割道方向，降低边缘崩裂的风险，提高切割质量。
结语：Notch 的重要价值与展望
12 英寸晶圆的 Notch 虽小，却是半导体制造中机械定位、晶向控制、工艺一致性和多层对准的重要基础。随着半导体制造向更先进节点发展，Notch 的精度和智能化管理将变得更加关键。未来，Notch 可能会与其他标识技术结合，持续提升晶圆制造的效率和良品率，为半导体产业的发展注入新的活力。
