半導體器件製造

半導體元件製造
金屬氧化物半導體場效電晶體
010 µm – 1971 006 µm – 1974 003 µm – 1977  1.5 µm – 1981 001 µm – 1984 800 nm – 1987 600 nm – 1990 350 nm – 1993 250 nm – 1996 180 nm – 1999 130 nm – 2001 090 nm – 2003 065 nm – 2005 045 nm – 2007 032 nm – 2009 022 nm – 2012 014 nm – 2014 010 nm – 2016 007 nm – 2018 005 nm – 2020
未來 003 nm ~ 2022 002 nm ~ 2024
電晶體數量 互補式金屬氧化物半導體 半導體元件（多閘極電晶體） 莫耳定律 電晶體數量 半導體 半導體產業 納電子學

NASA的Glenn研發中心無塵室

半導體製程是被用於製造晶片，一種日常使用的電氣和電子元件中積體電路的處理製程。它是一系列照相和化學處理步驟，在其中電子電路逐漸形成在使用純半導體材料製作的晶片上。矽是今天最常用的半導體材料，其他還有各種複合半導體材料。從一開始晶圓加工，到晶片封裝測試，直到出貨，通常需要6到8周，並且是在晶圓廠內完成。

晶圓

典型的晶片是用極度純淨的矽以柴可拉斯基法、泡生法等方式長成直徑12英寸（300公釐）的單晶圓柱錠（梨形人造寶石）。這些矽碇被切成晶片大約0.75公釐厚並拋光為非常平整的表面。

一旦晶圓準備好之後，很多工藝步驟對於生產需要的半導體積體電路是必要的。總之，這些步驟可分成四組：

• 前端製程
• 後端製程
• 測試
• 封裝

製程

在半導體製程中，不同的生產工序可歸為如下四類：沉積、清除、製作布線圖案、以及電學屬性的調整。

前端製程

"前端製程"指的是在矽上直接形成電晶體。雙極二極體，mos管等

二氧化矽

金屬層

互聯

晶片測試

晶片處理高度有序化的本質增加了對不同處理步驟之間度量方法的需求。晶片測試度量裝置被用於檢驗晶片仍然完好且沒有被前面的處理步驟損壞。當一塊晶片測量失敗次數超過一個預先設定的閾值時，晶片將被廢棄而非繼續後續的處理製程。

元件測試

封裝

步驟列表

• 晶片處理
  • 濕洗
  • 平版照相術
  • 微影Litho
  • 離子移植IMP
  • 蝕刻（干法蝕刻、濕法蝕刻、電漿蝕刻）
  • 熱處理
    • 快速熱退火Annel
    • 熔爐退火
    • 熱氧化
  • 化學氣相沉積 (CVD)
  • 物理氣相沉積 (PVD)
  • 分子束磊晶 (MBE)
  • 電化學沉積 (ECD)，見電鍍
  • 化學機械平坦化 (CMP)

• IC Assembly and Testing 封裝測試
  • Wafer Testing 晶片測試
    • Visual Inspection外觀檢測
    • Wafer Probing電性測試
  • FrontEnd 封裝前段
    • Wafer BackGrinding 晶背研磨
    • Wafer Mount晶圓附膜
    • Wafer Sawing晶圓切割
    • Die attachment上片覆晶
    • Wire bonding焊線
  • BackEnd 封裝後段
    • Molding模壓
    • Post Mold Cure後固化
    • De-Junk 去節
    • Plating 電鍍
    • Marking 列印
    • Trimform 成形
    • Lead Scan 檢腳
  • Final Test 終測
    • Electrical Test電性測試
    • Visual Inspection光學測試
    • Baking 烘烤

有害材料標誌

許多有毒材料在製造過程中被使用。這些包括：

• 有毒元素摻雜物比如砷、硼、銻和磷
• 有毒化合物比如砷化三氫、磷化氫和矽烷
• 易反應液體、例如過氧化氫、發煙硝酸、硫酸以及氫氟酸

工人直接暴露在這些有毒物質下是致命的。通常IC製造業高度自動化能幫助降低暴露於這一類物品的風險。

歷史

當線寬遠高於10微米時，純淨度還不像今天的元件生產中那樣至關緊要。但隨著元件變得越來越整合，無塵室也變得越來越乾淨。今天，工廠內是加壓過濾空氣，來去除哪怕那些可能留在晶片上並形成缺陷的最小的粒子。半導體製造產線裡的工人被要求穿著無塵衣來保護元件不被人類污染。

在利潤增長的推動下，在1960年代半導體元件生產遍及德克薩斯州和加州乃至全世界，比如愛爾蘭、以色列、日本、台灣、韓國和新加坡，現今已成為全球產業。

半導體生產商的領袖大都在全世界擁有產線。英特爾，世界最大的生產商之一，以及在美其他頂級生產商包括台積電（台灣）、三星（韓國）、德州儀器（美國）、超微半導體（美國）、聯電（台灣）、東芝（日本）、NEC電子（日本）、意法半導體（歐洲）、英飛凌（歐洲）、瑞薩（日本）、索尼（日本），以及恩智浦半導體 （歐洲）在歐洲和亞洲都有自己的裝置。

在2006年，在美國有大約5000家半導體和電子零件生產商，營業額達1650億美元^[1]。

參考文獻

外部連結

• 半導體製造（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - www.SiliconFarEast.com
• Intel's Animated step-by-step process（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• NEC Electronics' Virtual Factory Tour
• 半導體 Glossary
• 半導體材料製程
• 矽熱氧化計算機（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

參見

• 微製造
• 電子設計自動化
• Fab
• Foundry (electronics)
• GDS-II
• OASIS
• SEMI — 半導體工業的行業組織
• 原子層沉積
• 國際半導體技術發展藍圖