半导体制造工艺流程 全民科普

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半导体从业者对芯片都有一定程度的了解，但我相信除了在晶圆厂的人外，很少有人对工艺流程有深入的了解。在这里我来给大家做一个科普。首先要做一些基本常识科普：半导体元件制造过程可分为前段制程（包括晶圆处理制程、晶圆针测制程）；还有后段（包括封装、测试制程）。

零、概念理解 所谓晶圆处理制程，主要工作为在硅晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程 ，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与 含尘（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适 当的清洗（Cleaning）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。

晶圆针测制程则是在制造好晶圆之后，晶圆上即形成一格格的小格 ，我们称之为晶方或是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圆上皆制作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圆 上制作不同规格的产品；这些晶圆必须通过晶片允收测试，晶粒将会一一经过针测（Probe）仪器以测试其电气特性， 而不合格的的晶粒将会被标上记号（Ink Dot），此程序即 称之为晶圆针测制程（Wafer Probe）。然後晶圆将依晶粒 为单位分割成一粒粒独立的晶粒。

IC封装制程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒与配线以成集成电路；目的是为了制造出所生产的电路的保护层，避免电路受到机械性刮伤或是高温破坏。而后段的测试则是对封装好的芯片进行测试，以保证其良率。

因为芯片是高精度的产品，因此对制造环境有很高的要求。

下面对主要的制程进逐一讲解：

一、硅晶圆材料

晶圆是制作硅半导体IC所用之硅晶片，状似圆形，故称晶圆。材料是「硅」， IC（Integrated Circuit）厂用的硅晶片即为硅晶体，因为整片的硅晶片是单一完整的晶体，故又称为单晶体。但在整体固态晶体内，众多小晶体的方向不相，则为复晶体（或多晶体）。生成单晶体或多晶体与晶体生长时的温度，速率与杂质都有关系。

二、光学显影

光学显影是在感光胶上经过曝光和显影的程序，把光罩上的图形转换到感光胶下面的薄膜层或硅晶上。光学显影主要包含了感光胶涂布、烘烤、光罩对准、 曝光和显影等程序。

关键技术参数:最小可分辨图形尺寸Lmin(nm) 、聚焦深度DOF

曝光方式:紫外线、X射线、电子束、极紫外光

三、蚀刻技术

蚀刻技术（Etching Technology）是将材料使用化学反应物理撞击作用而移除的技术。可以分为:

湿蚀刻（wet etching）:湿蚀刻所使用的是化学溶液，在经过化学反应之后达到蚀刻的目的。

干蚀刻（dry etching）:干蚀刻则是利用一种电浆蚀刻（plasma etching）。电浆蚀刻中蚀刻的作用，可能是电浆中离子撞击晶片表面所产生的物理作用，或者是电浆中活性自由基（Radical）与晶片表面原子间的化学反应，甚至也可能是以上两者的复合作用。

现在主要应用技术:等离子体刻蚀　

四、CVD化学气相沉积

这是利用热能、电浆放电或紫外光照射等化学反应的方式，在反应器内将反应物（通常为气体）生成固态的生成物，并在晶片表面沉积形成稳定固态薄膜（film）的一种沉积技术。CVD技术是半导体IC制程中运用极为广泛的薄膜形成方法，如介电材料（dielectrics）、导体或半导体等薄膜材料几乎都能用CVD技术完成。

常用的CVD技术有：

(1)「常压化学气相沉积（APCVD）」；
(2)「低压化学气相沉积（LPCVD）」；
(3)「电浆辅助化学气相沉积（PECVD）」

较为常见的CVD薄膜包括有：

■ 二气化硅（通常直接称为氧化层） 
■ 氮化硅 
■ 多晶硅 
■ 耐火金属与这类金属之其硅化物

CVD的反应机制主要可分为五个步骤：

(1)在沉积室中导入气体，并混以稀释用的惰性气体构成「主气流（mainstream）」；
(2)主气流中反应气体原子或分子通过边界层到达基板表面；
(3)反应气体原子被「吸附（adsorbed）」在基板上；
(4)吸附原子（adatoms）在基板表面移动，并且产生化学反应；
(5)气态生成物被「吸解（desorbed）」，往外扩散通过边界层进入主气流中，并由沉积室中被去除。

五、物理气相沉积（PVD）

这主要是一种物理制程而非化学制程。此技术一般使用氩等钝气，藉由在高真空中将氩离子加速以撞击溅镀靶材后，可将靶材原子一个个溅击出来，并使被溅击出来的材质（通常为铝、钛或其合金）如雪片般沉积在晶圆表面。　

PVD以真空、测射、离子化或离子束等方法使纯金属挥发，与碳化氢、氮气等气体作用，加热至400～600℃（约1～3小时）后，蒸镀碳化物、氮化物、氧化物及硼化物等1～10μm厚之微细粒状薄膜，

PVD可分为三种技术：(1)蒸镀（Evaporation）；(2)分子束磊晶成长（Molecular Beam Epitaxy；MBE）；(3)溅镀（Sputter）

解离金属电浆是最近发展出来的物理气相沉积技术，它是在目标区与晶圆之间，利用电浆，针对从目标区溅击出来的金属原子，在其到达晶圆之前，加以离子化。离子化这些金属原子的目的是，让这些原子带有电价，进而使其行进方向受到控制，让这些原子得以垂直的方向往晶圆行进，就像电浆蚀刻及化学气相沉积制程。这样做可以让这些金属原子针对极窄、极深的结构进行沟填，以形成极均匀的表层，尤其是在最底层的部份。