半导体器件制造

半导体元件制造
金属氧化物半导体场效电晶体
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
未来 003 nm ~ 2022 002 nm ~ 2024
电晶体数量 互补式金属氧化物半导体 半导体元件（多闸极电晶体） 莫耳定律 电晶体数量 半导体 半导体产业 纳电子学

半导体制程是被用于制造晶片，一种日常使用的电气和电子元件中积体电路的处理制程。它是一系列照相和化学处理步骤，在其中电子电路逐渐形成在使用纯半导体材料制作的晶片上。矽是今天最常用的半导体材料，其他还有各种复合半导体材料。从一开始晶圆加工，到晶片封装测试，直到出货，通常需要6到8周，并且是在晶圆厂内完成。

晶圆

典型的晶片是用极度纯净的矽以柴可拉斯基法、泡生法等方式长成直径12英寸（300公厘）的单晶圆柱锭（梨形人造宝石）。这些矽碇被切成晶片大约0.75公厘厚并抛光为非常平整的表面。

一旦晶圆准备好之后，很多工艺步骤对于生产需要的半导体积体电路是必要的。总之，这些步骤可分成四组：

• 前端制程
• 后端制程
• 测试
• 封装

制程

在半导体制程中，不同的生产工序可归为如下四类：沉积、清除、制作布线图案、以及电学属性的调整。

前端制程

"前端制程"指的是在矽上直接形成电晶体。双极二极体，mos管等

二氧化矽

金属层

互联

晶片测试

晶片处理高度有序化的本质增加了对不同处理步骤之间度量方法的需求。晶片测试度量装置被用于检验晶片仍然完好且没有被前面的处理步骤损坏。当一块晶片测量失败次数超过一个预先设定的阈值时，晶片将被废弃而非继续后续的处理制程。

元件测试

封装

步骤列表

• 晶片处理
  • 湿洗
  • 平版照相术
  • 微影Litho
  • 离子移植IMP
  • 蚀刻（干法蚀刻、湿法蚀刻、电浆蚀刻）
  • 热处理
    • 快速热退火Annel
    • 熔炉退火
    • 热氧化
  • 化学气相沉积 (CVD)
  • 物理气相沉积 (PVD)
  • 分子束磊晶 (MBE)
  • 电化学沉积 (ECD)，见电镀
  • 化学机械平坦化 (CMP)

• IC Assembly and Testing 封装测试
  • Wafer Testing 晶片测试
    • Visual Inspection外观检测
    • Wafer Probing电性测试
  • FrontEnd 封装前段
    • Wafer BackGrinding 晶背研磨
    • Wafer Mount晶圆附膜
    • Wafer Sawing晶圆切割
    • Die attachment上片覆晶
    • Wire bonding焊线
  • BackEnd 封装后段
    • Molding模压
    • Post Mold Cure后固化
    • De-Junk 去节
    • Plating 电镀
    • Marking 列印
    • Trimform 成形
    • Lead Scan 检脚
  • Final Test 终测
    • Electrical Test电性测试
    • Visual Inspection光学测试
    • Baking 烘烤

有害材料标志

许多有毒材料在制造过程中被使用。这些包括：

• 有毒元素掺杂物比如砷、硼、锑和磷
• 有毒化合物比如砷化三氢、磷化氢和矽烷
• 易反应液体、例如过氧化氢、发烟硝酸、硫酸以及氢氟酸

工人直接暴露在这些有毒物质下是致命的。通常IC制造业高度自动化能帮助降低暴露于这一类物品的风险。

历史

当线宽远高于10微米时，纯净度还不像今天的元件生产中那样至关紧要。但随着元件变得越来越整合，无尘室也变得越来越干净。今天，工厂内是加压过滤空气，来去除哪怕那些可能留在晶片上并形成缺陷的最小的粒子。半导体制造产线里的工人被要求穿着无尘衣来保护元件不被人类污染。

在利润增长的推动下，在1960年代半导体元件生产遍及德克萨斯州和加州乃至全世界，比如爱尔兰、以色列、日本、台湾、韩国和新加坡，现今已成为全球产业。

半导体生产商的领袖大都在全世界拥有产线。英特尔，世界最大的生产商之一，以及在美其他顶级生产商包括台积电（台湾）、三星（韩国）、德州仪器（美国）、超微半导体（美国）、联电（台湾）、东芝（日本）、NEC电子（日本）、意法半导体（欧洲）、英飞凌（欧洲）、瑞萨（日本）、索尼（日本），以及恩智浦半导体 （欧洲）在欧洲和亚洲都有自己的装置。

在2006年，在美国有大约5000家半导体和电子零件生产商，营业额达1650亿美元^[1]。

参考文献

外部连结

• 半导体制造（页面存档备份，存于网际网路档案馆） - www.SiliconFarEast.com
• Intel's Animated step-by-step process（页面存档备份，存于网际网路档案馆）
• NEC Electronics' Virtual Factory Tour
• 半导体 Glossary
• 半导体材料制程
• 矽热氧化计算机（页面存档备份，存于网际网路档案馆）

参见

• 微制造
• 电子设计自动化
• Fab
• Foundry (electronics)
• GDS-II
• OASIS
• SEMI — 半导体工业的行业组织
• 原子层沉积
• 国际半导体技术发展蓝图