硅片为什么要做成圆的？为什么是“晶圆”，而不做成“晶方”？为什么有的晶圆外圈是没有芯片的，而有的晶圆电路铺盘整片硅片，晶圆外圈也会涌现不完全的芯片呢？
熟习半导系统编制造流程的朋友知道，芯片在切割封装之前，所有的制造流程都是在晶圆（Wafer）上操作的。不过我们见到的芯片都是方形的，在圆形的晶圆上制造芯片，总会有部分区域没有利用到。所以为什么不能利用方形的晶圆来增大利用率呢？
实在这个问题很好回答，由于晶圆（刚开始是硅片）是在圆柱形的硅棒上切割出来的，以是横截面只能是圆形。
接下来我们从硅片与晶圆的制造过程开始，一起探索知足好奇。
晶圆比 “晶方”更适宜做芯片
硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤：硅提炼及提纯、单晶硅成长、晶圆成型。
首先是硅砂的提纯及熔炼。这个阶段紧张是通过溶解、提纯、蒸馏等一系列方法得到多晶硅。
接下来是单晶硅成长工艺。便是从硅熔体中成长出单晶硅。高纯度的多晶硅放在石英坩埚中，在保护性气氛中高温加热使其熔化。利用一颗小的籽晶缓慢地从旋转着的熔体中缓慢上升，即可垂直拉制出大直径的单晶硅锭。
末了一步是晶圆成型。单晶硅锭一样平常呈圆柱型，直径从3英寸到十几英寸不等。硅锭经由切片、抛光之后，就得到了单晶硅圆片，也即晶圆。
换句话说，我们常常调侃，芯片实质上是一堆沙子，这句话并没有说错。制造芯片的根本——单晶硅就从石英砂中制取的。
从沙子变成芯片的关键，在于硅的提纯与单晶硅制备工艺的发展。1916年，波兰化学家柴可拉斯基通过实验验证了金属线由金属单晶构成，且单晶体的直径达到毫米级。此后该方法经由化学家的不断迭代，终极制成了单晶硅，这种方法也被称为柴可拉斯基法或直拉法。
柴氏法（直拉法）
直拉法的过程是先在坩埚中将高纯硅加热为熔融态，再将晶种（籽晶）置于一根精确定向的棒的末端，并使末端浸入熔融状态的硅，然后将棒缓慢向上提拉并旋转。通过对提拉速率、旋转速率与温度的精确掌握，就可以在棒的末端得到一根较大的圆柱状单晶硅棒，后续再对硅棒进行打磨、抛光、切割等工序后，就能得到一片可用的圆形的硅片了。以是说，晶圆的圆是由于硅棒“圆”。
在硅棒上切口
目前，直拉法是成长晶圆最常用的方法了，除了直拉法之外，常用的方法还有区熔法。
区熔法，简称Fz法。1939年，在贝尔实验室事情的W·G·Pfann 最先萌生了“区域匀平”的动机，后来在亨利·休勒 、丹·多西等人的帮忙下，成长出了高纯度的锗以及硅单晶，并得到了专利。
这种方法是利用热能在半导体多晶棒料的一端产生一熔区，使其重结晶为单晶。使熔区沿一定方向缓慢地向棒的另一端移动，进而通过整根棒料，使多晶棒料成长成一根单晶棒料，区熔法也须要籽晶，且终极得到的柱状单晶锭晶向与籽晶的相同。
区熔法分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。前者紧张用于锗、GaAs等材料的提纯和单晶成长；后者紧张用于硅。区熔法与直拉法最大的不同之处在于：区熔法一样平常不该用坩锅，引入的杂质更少，成长的材料杂质含量也就更少。
总而言之，单晶硅棒是圆柱形的，利用这种方法得到的单晶硅圆片自然也是圆形的了。
实在硅棒在切片之前可以先切割发展方体，这样后续切片时就能直接得到“晶方”。不过用光降盆芯片的硅棒不会这样做，缘故原由有以下几个：
首先是圆形更适宜进行光刻涂胶。
此外，由于边缘应力的存在，圆形晶圆的构造强度也高于方形。硅片在变成晶圆之前须要进行多次光刻、刻蚀、化学研磨等过程，晶圆会在外圈积累较多应力。因此方形的尖角会造成边缘应力集中，在生产过程中极易破损，影响整体良率。
有细心的朋友可能会创造，为什么有的晶圆外圈是没有芯片的，而有的晶圆电路铺盘整片硅片，晶圆外圈也会涌现不完全的芯片呢？
晶圆外圈各不相同
这实在和光刻中的光掩膜（Mask，或称遮光罩、光刻版）尺寸有关。光掩膜大小常日会覆盖晶圆的所有区域，因此在晶圆边缘处会涌现不完全的小方格。此外，在芯片制造工艺中，晶圆是不断加厚的，尤其是后段的金属和通孔制作工艺，会用到多次CMP化学机器研磨过程。如果晶圆边沿没有图形，会造成边缘研磨速率过慢，带来的边沿和中央的高度差，在后续的研磨过程中又会影响相邻的完全芯片。
绿圈是晶圆面积，红圈内是可用部分
不过晶圆外圈的芯片一样平常是不会用的。上文提到，由于生产流程的关系，晶圆外围一定会有一部分应力存在，在这里生产出来的芯片，内部同样会留存应力，后续的切割、封装、运输过程中也有更大的概率造成芯片破坏。这也是有的晶圆外圈有芯片，有的没有的缘故原由。
总的来说，圆形的晶圆更便于芯片制造，良率较高。既然用来制造芯片的晶圆未便利做成方形的，那为什么芯片不能做成圆形的呢？
圆形的芯片实在更难制造
硅片在经由涂胶、光刻、刻蚀、离子注入等步骤后，一颗颗芯片才会被制造出来，不过此时芯片还是“长”在晶圆上的，须要经由切割才能变成一颗颗单独的芯片。
方形的芯片仅需几刀就可以全部切下。圆形的芯片，恐怕就要耗费比方形几倍的韶光来切割了。最主要的一点，圆形芯片并不能办理硅片面积摧残浪费蹂躏的问题。
圆形排列会有缝隙
实在节约晶圆面积始终是一项主要课题。晶圆上能生产的芯片越多，生产效率就越高，单颗芯片的本钱也越低。目前办理生产效率的最好方法便是提高晶圆面积，也便是我们熟习的微积分。
晶圆越大，空余面积越小
方形的光伏硅片
硅片除了可以制作芯片外，在光伏领域也是极其主要的部分。
太阳能电池板构造（电池片即为硅片）
光伏单晶硅的制备过程的前期与芯片单晶硅相同，采取方形的缘故原由同样很大略，如果光伏电池是圆形的，多个电池排列成太阳能电池板中间就会涌现空隙，降落了整体转化率。
与芯片比较，制造光伏板对硅纯度的哀求要稍低，纯度标准只须要99.9999%，达不到制作芯片的99.999999999%。
半导体硅片与光伏硅片差异
总 结
回答一下标题提出的问题，芯片为什么是方的？圆形芯片难以切割，后续封装阶段也未便利掌握，最主要的是，圆形芯片不能办理晶圆面积摧残浪费蹂躏的问题。为什么晶圆是圆的？在生产芯片的过程中，圆形晶圆由于力学成分生产更方便，良率更高，且硅棒天然是圆柱型，晶圆自然也便是圆形了。不过在光伏领域，方形硅片在电池封装时不会摧残浪费蹂躏空间，以是光伏硅片采取方形。
参考资料：
晶圆的边缘为什么要“铺满”电路？
https://www.zhihu.com/question/22961633
半导体系列之原材料——硅片
https://mp.weixin.qq.com/s/JauLPXCagbVhcU3Tuhqdwg
维基百科：柴可拉斯基（Jan Czochralski）
https://en.wikipedia.org/wiki/Jan_Czochralski
