半導體制造過程的關鍵步驟：
1、硅晶片制備：半導體制造的第一步是選擇硅晶片作為基礎材料。這一步驟涉及對晶圓進行徹底的清洗和拋光，以確保其表面潔凈且平整，為后續電子元件的制造提供理想的襯底。
2、圖案化技術：圖案化是半導體制造中的關鍵步驟，通過光刻技術實現。首先在硅晶片表面涂覆一層抗腐蝕的光刻膠，然后放置帶有預定電子元件圖案的掩模。通過紫外光照射，將掩模上的圖案轉移到光刻膠上，隨后去除曝光區域的光刻膠，從而在晶片上形成精確的圖案。
3、摻雜工藝：為了調整硅晶片的電特性，引入硼或磷等雜質。這一過程稱為摻雜，通常通過離子注入技術實現，其中高速離子被注入到晶片表面，形成P型或N型半導體。
4、晶片沉積：在晶片上沉積薄膜材料，以形成電子元件所需的層。這一步驟可以通過化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）或原子層沉積（ALD）等不同技術來完成，用于沉積金屬、氧化物和氮化物等材料。
5、刻蝕過程：為了得到電子元件的特定形狀和結構，需要從晶片表面去除部分材料。刻蝕可以通過濕式、干式或等離子刻蝕等多種技術進行，這些方法利用化學物質或等離子體選擇性地去除材料。
6、封裝步驟：完成所有制造步驟后，電子元件被封裝，以便成為可用于電子設備的最終產品。這包括將元件連接到基板上，并通過導線或其他連接方式與其他元件相連。
半導體制造工藝復雜，涉及眾多專用設備和材料。從硅片的制備開始，到最終封裝，整個過程可能需要幾周到幾個月的時間。在整個晶片制造過程中，每個晶片可能需要經過數百個不同的工藝步驟，因此整個制造周期可能長達16至18周。
半導體集成電路是將很多元件集成到一個芯片內, 以處理和儲存各種功能的電子部件。由于半導體集成電路是通過在晶圓的薄基板上制造多個相同電路而產生的,因此晶圓是半導體的基礎,就像制作披薩時添加配料之前先做面團一樣。晶圓是指將硅(Si)、砷化鎵(GaAs)等生成的單 晶柱切成薄片的圓盤。大部分晶圓都是由沙子中提取的硅制成的。地球上有大量的硅,可以穩定供應, 并且硅具有無毒、環保的特點。
晶圓制造
首先，將天然沙子中的二氧化硅（硅石）經過冶煉，提煉出工業硅（金屬硅）。接著，對工業硅進行提純，得到多晶硅。隨后，通過直拉法將多晶硅轉化為高純度的單晶硅棒。單晶硅棒經過打磨、切割、倒角和拋光等工序，最終制成硅片。
在硅片制造完成后，進入半導體制造的關鍵步驟。首先對硅片進行無塵清潔，確保表面干凈。然后，在硅片表面進行沉積氧化和加膜處理。接下來，均勻涂覆光刻膠，并將硅片放入光刻機中。利用紫外光通過光掩模照射到光刻膠上，實現曝光，從而將電路圖案轉移到硅片上。
曝光后的硅片進入刻蝕機，利用等離子體物理沖擊和離子注入技術，刻蝕掉未被光刻膠覆蓋的氧化膜和硅片，形成鰭式場效應晶體管中的鰭。刻蝕完成后，進行清洗，去除光刻膠和雜質。隨后，硅片進入離子注入機，通過高速高能量的離子束流注入，改變硅片的載流子濃度和導電類型，形成PN結。之后，使用氣相沉積技術加覆保護膜。
最后，通過化學機械研磨（CMP）技術，對硅片進行打磨和拋光，使其表面平整，以便進行后續的薄膜沉積。這一系列工藝需要重復數十次，才能在晶圓上完成晶體管和電路圖案的刻畫。經過數百次這樣的循環，一塊12英寸的晶圓上可以制作出大約700塊芯片。
為了將從沙子中提取的硅作為半導體材料使 用,首先需要經過提高純度的提純工序。將硅 原料高溫溶解,制造高純度的硅溶液,并使其 結晶凝固。這樣形成的硅柱叫做錠(Ingot)。用于半導體中的錠采用了數納米(nm)微細 工藝,是超高純度的硅錠。
第二階段：綻切割成薄晶圓(Wafer Slicing)
為了將圓陀螺模樣的鏡制成圓盤狀的晶圓,需 要使用金剛石鋸將其切成均勻厚度的薄片。薄片的直徑決定了晶圓的尺寸，晶圓的尺寸有 150mm(6英寸)、200mm(8 英寸)、300mm (12 英寸)等等。晶圓越薄,制造成本越低, 直徑越大,一次可生產的半導體芯片數量就越多,因此圓的厚度和大小呈逐漸變薄和擴大的趨勢。
第三階段：晶圓表面拋光 (Lapping&Polishing)
切割后的晶圓需要進行加工,以使其像鏡子一 樣光滑。這是因為剛切割后的晶圓表面有瑕疵 且粗糙,可能會影響電路的精密度,因此需要使用拋光液和拋光設備將晶圓表面研磨光滑。加工前的晶圓就像處于沒有穿衣服的狀態一 樣,所以叫做裸晶圓(Bare wafer)。經過物理、 化學多個階段的加工后,可以在表面形成 IC。經過加工階段后,會成為如下形狀。
半導體晶圓名稱
1、晶圓(Wafer): 晶圓是半導體集成電路的核心材料,是一種圓形的板。
2、晶粒(Die): 很多四邊形都聚集在圓形晶圓上。這些四邊形都是集成電子電路的 IC芯片。
3、分割線(Scribe Line): 看上去各個晶粒像是 粘在一起,但實際上晶粒和晶粒之間具有一定的間隙。該間距稱為分割線。在晶粒和晶粒之間設 置分割線的是為了在晶圓加工完成后將這些晶粒一個個割斷,然后組裝成芯片,也是為了留出用金剛石鋸切割的空間。
4、平坦區(Flat Zone): 平坦區是為區分晶圓結 構而創建的區域,是晶圓加工的標準線。由于晶圓的晶體結構非常精細并且無法用肉眼判斷,因 此以這個平坦區為標準來判斷晶圓的垂直和水平。
5、 凹槽(Notch): 如今也出現了具有凹槽的晶 圓。和平坦區晶圓相比,凹槽晶圓可以制造更多的晶粒,因此效率很高。半導體產業包括生產晶圓的晶圓產業以及以晶圓為材料設計和制造的晶圓加工產業——制造行業 (Fabrication, FAB)。另外,還有組裝產業,它將 加工過的晶圓切割成晶粒,并包裝好以防止受潮或受壓。
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部分圖文引用于——半導體行業前沿