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半導體生產流程

更新時間：2008-09-22 點擊次數：4114

半導體生產流程

所謂的半導體，是指在某些情況下，能夠導通電流，而在某些條件下，又具有絕緣體效用的物質；而至于所謂的IC，則是指在一半導體基板上，利用氧化、蝕刻、擴散等方法，將眾多電子電路組成各式二極管、晶體管等電子組件，作在一微小面積上，以完成某一特定邏輯功能（例如：AND、OR、NAND等），進而達成預先設定好的電路功能。自1947年12月23日*個晶體管在美國的貝爾實驗室(Bell Lab)被發明出來，結束了真空管的時代，到1958年TI開發出*顆IC成功，又意謂宣告晶體管的時代結束，IC的時代正式開始。從此開始各式IC不斷被開發出來，集積度也不斷提升。從小型集成電路（SSI），每顆IC包含10顆晶體管的時代；一路發展MSI、LSI、VLSI、ULSI；再到今天，短短50年時間，包含千萬個以上晶體管的集成電路已經被大量生產，并應用到我們的生活的各領域中來，為我們的生活帶來飛速的發展。不能想象離開半導體產業我們的生活將會怎樣，半導體技術的發展狀況已成為一個國家的技術狀況的重要指針，電子技術也成為一個國家提高國防能力的重要途徑。

半導產品類別
目前的半導體產品可分為集成電路、分離式組件、光電半導體等三種。

集成電路(IC)，是將一電路設計，包括線路及電子組件，做在一片硅芯片上，使其具有處理信息的功能，有體積小、處理信息功能強的特性。依功能可將IC分為四類產品：內存IC、微組件、邏輯IC、模擬IC。
分離式半導體組件，指一般電路設計中與半導體有關的組件。常見的分離式半導體組件有晶體管、二極管、閘流體等。

光電式半導體，指利用半導體中電子與光子的轉換效應所設計出之材料與組件。主要產品包括發光組件、受光組件、復合組件和光伏特組件等。

IC產品介紹
IC產品可分為四個種類，這些產品可細分為許多子產品，分述如下：

內存IC：顧名思義，內存IC是用來儲存資料的組件，通常用在計算機、電視游樂器、電子詞典上。依照其資料的持久性(電源關閉后資料是否消失)可再分為揮發性、非揮發性內存；揮發性內存包括DRAM、SRAM，非揮發性內存則大致分為Mask ROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory四種。

微組件IC：指有特殊的資料運算處理功能的組件；有三種主要產品：微處理器指微電子計算器中的操作數件，如計算機的CPU；微控制器是計算機中主機與接口中的控制系統，如聲卡、影視卡...等的控制組件；數字訊號處理IC可將模擬訊號轉為數字訊號，通常用于語音及通訊系統。

模擬IC：低復雜性、應用面積大、整合性低、流通性高是此類產品的特色，通常用來作為語言及音樂IC、電源管理與處理的組件。

邏輯IC：為了特殊信息處理功能(不同于其它IC用在某些固定的范疇)而設計的IC，目前較常用在電子相機、3D Game、

IC產業

　　IC的制造可由上游至下游分為三種工業，一是與IC的制造有直接關系的工業、包括晶圓制造業、IC制造業、IC封裝業；二是輔助IC制造的工業，包括IC設計、光罩制造、IC測試、化學品、導線架工業；三是提供IC制造支持的產業，如設備、儀器、計算機輔助設計工具工業...等。

IC（集成電路）制作過程簡介

集成電路的生產過程極其復雜，習慣上將其分為前置作業，電路的制作，晶圓及晶粒測試和后段的封裝測試等。因為IC是由很多的電路集合而成的，而這些電路組件和線路是以晶圓為基礎并以層狀分布的，制造過程也是一層層的建造出來的，類似于建樓房的過程。

其中前置作業類似于樓房的設計和建造地基，包括電路的設計、光罩設計和晶圓的制作，電路設計即是根據使用的要求設計出各層的線路和架夠，光罩設計則類似于照像底片，依靠其將設計好的電路印到芯片上，而制作硅晶圓就是將硅晶體通過加熱熔化，再用一定的方法拉成晶棒，并切片、研磨成符合要求的芯片的過程。

電路制作是在硅片的基礎上制成一層層的電路的過程，因為線路極其細微，其制造過程也就有很高的難度，生產上是使用類似照相技術的報光，顯影，蝕刻，沖洗的方法來實現的（下面將做詳細的介紹）。晶圓及晶粒測試是對各制造流程的結果的測試，目的是對各流程有很好的控制，并能及時的發現生產中的不良產品，盡早進行修部或剔除，以減少不良成本，經過各道測試并zui終生產出來的芯片才能進入到下一道封裝測試的過程。封裝和測試是將功能測試良好的晶粒切割開，并封裝，拉出聯線再進行全面測試的過程，要經過芯片切割，粘晶，焊線，封料，切割/成形，印字，電鍍，及檢驗等過程。直到這里，一個合格的集成電路才算制造完成。

IC制造業特性

IC制造業中，有幾個不同于其它制造業的特性，分列如下：

機器的折舊占成本大部分：制造IC所用的機器設備價格高，而且汰舊快，通常采二至四年加速折舊(此為實際作法；大多數股市上市說明書則宣稱四至八年平均折舊)，因此機器折舊的費用很高；一般說來，機器的折舊占制造成本的20%以上。

良率影響產品單位成本：晶圓上可劃分為許多方塊，而一個IC的線路就都做在這個方塊上，再送至封裝廠中切割包裝，就可將這些方塊制成一片片的IC；而包裝好經測試可使用的IC占晶圓割下IC總數的比率稱為良率。

IC的制造過程非常精密，只要在其中一步驟稍有不慎，就會使IC毀損，而成為不能使用的產品，不像其它制造業的產品，有制造過程的錯誤，大多只會成為品質不良的產品，非不能使用的產品；因此IC制造業的良率要較傳統的工業制造良率來的低，而且變異大，不論是在品質管制及成本控制上都是一大問題；通常IC的制造中，影響良率的原因有兩種：

(a)晶圓的大小：在晶圓上做IC，通常邊緣的部分都因晶圓的圓弧而無法做出完整的方塊；晶圓的直徑愈大，則其圓弧的曲度愈小，邊緣要舍棄的面積占晶圓的比率也就愈小，良率就愈高；因此IC廠都在努力提升自己的制程能在更大的晶圓上做出產品。

(b)線上的管制：集成電路制造是極精密的工業，且制造環境特殊(無塵室)；在制造過程中所犯的一個小過失，影響良率的程度就很大，通常可達20%以上，因此線上的管制在集成電路制造中是很重要的。　
制程復雜影響機器使用率:IC制造廠中，由于制程重復且步驟多，若制造排程不良，容易造成某些工作站忙線、有些站閑置，而使得機器設備無法充分利用；機器設備的折舊又是占了IC制造成本中的大部分，若機器使用率不高，那幺便會耗費大量的折舊成本；充分的利用機器，是IC制造廠管理中重要的一環。

晶圓代工

因為IC的生產過程復雜，從設計到生產的生產線長，而且生產過程的主要成本是機臺的成本，固定成本高，且產品多樣化，批量小，更新速度快，因此很少有廠家能從前到后的整條線生產自己的產品，而很多廠商都只是加工整個制程中的一段，再形成供應鏈式的組合，聯合制造產品，以實現規模效應。晶圓代工就是基于此而產生的，這種企業只負責生產不進行設計，因此也可以說晶圓代工廠并沒有自己的產品，傳統上講只是指wafer(晶圓)的制作過程，即是在wafer 上做出一層層的電路而現在逐漸延伸出廣義的晶圓代工，其除了原來晶圓制造的功能外，還包括了上游的光罩制作和下游的切割、封裝、測試等過程，因此一個IC設計企業只要將自己的設計交給晶圓代工廠，便可以得到符合自己要求的IC成品，

模塊制程

wafer生產的基本原理

集成電路盡管種類不同，其制程相似；差別在不同的光罩會有不同的電路圖樣；CVD、離子植入時投入的材料不同，會產生不同的組件，而使制造出來的IC有所差異。IC制程中，制造作業種類通常只有十多種，但由于不斷重復這些作業，使得一片IC從晶圓投入到可以切割包裝，要經過百次以上的制造步驟。

一個IC產品制作電路后的結構，是以芯片為基礎逐層的建造起來的，上面已經提到，每一層的生產都是使用類似照相技術的報光，顯影，蝕刻，沖洗的方法來實現的，因此生產過程中，每一層的制造都是幾個類似的過程，而整個晶圓的制造就是這幾個過程的重復循環，每個過程的生產都在特定的區域來完成，這些區域有：薄膜（thin-film）,黃光（ photo）,蝕刻（etch）,擴散（diffusion）.

薄膜（thin-film）

薄膜區間是塵積介電質或金屬層的地方，介電質是用于隔離開各層金屬的多為玻璃層，而金屬層是集成電路中的導線，多采用鋁或銅或鋁銅合金，因此介電質和金屬沉積也是集成電路的制程中的重要制程。薄膜技術有物理氣象沉積（包括蒸鍍既借著對被蒸鍍物體加熱,利用被蒸鍍物在高溫時所具備的飽和蒸氣壓,來進行薄膜的沉積.和濺鍍既利用電漿所產生的離子,借著離子對被濺鍍物體電極的轟擊,使電漿的氣相內具有被鍍物的粒子,來產生沈積薄膜的.）和化學氣象沈積既利用化學反應的方式,在反應器內將反應物( 通常為氣體)生成固態的生成物,并沉積在芯片表面的一種薄膜沉積技術。

黃光（Photo）

微影技術是制造集成電路的重要之一，通過暴光和顯影的程序它可以將光罩上設計的圖案轉移到晶圓表面的光阻上，其主要過程包括光阻涂抹，烘拷，對準，暴光及顯影等程序，由于光學上的需要，此段制程之照明采用偏黃的可見光，因此習慣上將此區稱為黃光區。在黃光區內，利用整合型的晶圓軌道機——步進機系統來完成這個過程，其利用紫外光線或深紫外光線來照射光阻，以引起化學反應，將設計的光罩上的圖形印到晶圓或光阻上，這也是集成電路廠中zui昂貴的工具，每臺的價格都可達到數百萬美元，因此也常成為生產中的瓶頸。

蝕刻（Etch）

Etch作為IC制程中的主要環節之一，其目的是化學物質的反應來去除wafer表面多余的物質，根據各stedp的目的不同有多種具體方式，但從其基本的原來可將其分為兩種，既Wet Etching(濕蝕刻)和Dry Etching(干蝕刻)，Wet Etching 是用將wafer放入化學溶液中，通過化學反應將要蝕刻掉的物質腐蝕掉，而干蝕刻是將化學氣體吹到weafer 表面上，與其發生反應，以實現蝕刻的目的。兩者相比，后者的過程中的關鍵參數容易控制，用物理或化學的方法均可實現，且對圖形的控制能力較強，而前者只能通過化學的方法實現，且對關鍵參數的控制能力較差，尤其是當線寬越來越細時，濕蝕刻將無法使用，但對于不同的蝕刻對象和環境，兩者各有各自適合的范圍，兩種方法要根據工藝的要求不同來選擇。

在濕蝕刻的過程中還有一個重要的技術過程是wafer drying ,因為濕的wafer是無法進入到下一道工序的，必須通過一些方法使其干燥，常用的方法有：Down-Flow Spin Dryer 既是利用高速旋轉的方法，靠離心力的作用干燥；和IPA Vapor Dryer ，Marangoni Dryer 等，其中Down-Flow Spin Dryer因為力的作用，易形成water mark,且增加wafer 的應力，轉動過程中還會形成摩擦，而IPA Vapor Dryer 和Marangoni Dryer可防止water mark但時間較長，且化學用量多。

擴散（ Diffusion）

擴散區間是進行加熱制程的區域，這些制程可能是用來添加制程或者是用來加熱制程，如在晶圓表面生成氧化層，擴散摻雜等是添加制程，而離子植入后用于恢復晶體結構的熱處理是加熱制程。高溫爐是這區域的批量制程工具，它能夠同時處理150片的wafer，可以將這些預置在硅芯片表面上的摻質,藉高溫擴散的原理,把他們趨進芯片表面的材質內。

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半導體生產流程