半導(dǎo)體元器件主要的制程流程介紹

半導(dǎo)體元器件的制造除了人們熟知的“設(shè)計(jì)→制造→封裝→測(cè)試”四大環(huán)節(jié)以外，中間的整體環(huán)節(jié)其實(shí)很復(fù)雜，可分為前段制程和后段制程。

半導(dǎo)體元器件的制備首先要有最基本的材料——硅晶圓，通過(guò)在硅晶圓上制作電路與電子元件（如電晶體、電容體、邏輯閘等），為上述各制程中所需技術(shù)最復(fù)雜且資金投入最多的過(guò)程。由于芯片是高精度的產(chǎn)品，因此對(duì)制造環(huán)境有很高的要求，其所需制造環(huán)境為為一溫度、濕度與含塵均需控制的無(wú)塵室。此外，一枚芯片所需處理步驟可達(dá)數(shù)百道，而且使用的加工機(jī)臺(tái)先進(jìn)且昂貴，動(dòng)輒數(shù)千萬(wàn)一臺(tái)，雖然詳細(xì)的處理程序是隨著產(chǎn)品種類與所使用的技術(shù)有關(guān)；不過(guò)其基本處理步驟通常是晶圓先經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)那逑粗?，接著進(jìn)行氧化及沈積，最後進(jìn)行微影、蝕刻及離子植入等反覆步驟，以完成晶圓上電路的加工與制作。

下面是主要的制程：

一、硅晶圓材料

晶圓是制作硅半導(dǎo)體 IC 所用之硅晶片，狀似圓形，故稱晶圓。材料是硅，芯片廠家用的硅晶片即為硅晶體，因?yàn)檎墓杈菃我煌暾木w，故又稱為單晶體。但在整體固態(tài)晶體內(nèi)，眾多小晶體的方向不相，則為復(fù)晶體（或多晶體）。生成單晶體或多晶體與晶體生長(zhǎng)時(shí)的溫度，速率與雜質(zhì)都有關(guān)系。

二、光學(xué)顯影

光學(xué)顯影是在光阻上經(jīng)過(guò)曝光和顯影的程序，把光罩上的圖形轉(zhuǎn)換到光阻 下面的薄膜層或硅晶上。光學(xué)顯影主要包含了光阻涂布、烘烤、光罩對(duì)準(zhǔn)、 曝光和顯影等程序。小尺寸之顯像分辨率，更在 IC 制程的進(jìn)步上，扮演著 最關(guān)鍵的角色。由于光學(xué)上的需要，此段制程之照明采用偏黃色的可見(jiàn)光。因此俗稱此區(qū)為 黃光區(qū)。

三、蝕刻技術(shù)

蝕刻技術(shù)（EtchingTechnology）是將材料使用化學(xué)反應(yīng)物理撞擊作用而移除的技術(shù)?？梢苑譃椋簼裎g刻（wetetching）：濕蝕刻所使用的是化學(xué)溶液，在經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)之后達(dá)到蝕刻的目的；干蝕刻（dryetching）：干蝕刻則是利用一種電漿蝕刻（plasmaetching）。電漿蝕刻中蝕刻的作用，可能是電漿中離子撞擊晶片表面所產(chǎn)生的物理作用，或者是電漿中活性自由基（Radical）與晶片表面原子間的化學(xué)反應(yīng)，甚至也可能是以上兩者的復(fù)合作用。現(xiàn)在主要應(yīng)用等離子體刻蝕技術(shù)。

四、CVD 化學(xué)氣相沉積

化學(xué)氣相沉積（CVD）是指化學(xué)氣體或蒸汽在基質(zhì)表面反應(yīng)合成涂層或納米材料的方法，是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來(lái)沉積多種材料的技術(shù)，包括大范圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論上來(lái)說(shuō)，它是很簡(jiǎn)單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。

五、物理氣相沉積（PVD）

這主要是一種物理制程而非化學(xué)制程。此技術(shù)一般使用氬等鈍氣，藉由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材后，可將靶材原子一個(gè)個(gè)濺擊出來(lái)，并使被濺擊出來(lái)的材質(zhì)（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沉積在晶圓表面。

六、離子植入（IonImplant）

離子植入技術(shù)可將摻質(zhì)以離子型態(tài)植入半導(dǎo)體組件的特定區(qū)域上，以獲得精確的電子特性。這些離子必須先被加速至具有足夠能量與速度，以穿透（植入）薄膜，到達(dá)預(yù)定的植入深度。離子植入制程可對(duì)植入?yún)^(qū)內(nèi)的摻質(zhì)濃度加以精密控制?；旧?，此摻質(zhì)濃度（劑量）系由離子束電流（離子束內(nèi)之總離子數(shù)）與掃瞄率（晶圓通過(guò)離子束之次數(shù)）來(lái)控制，而離子植入之深度則由離子束能量之大小來(lái)決定。

七、化學(xué)機(jī)械研磨

晶圓制造中，隨著制程技術(shù)的升級(jí)、導(dǎo)線與柵極尺寸的縮小，光刻（Lithography）技術(shù)對(duì)晶圓表面的平坦程度（Non－uniformity）的要求越來(lái)越高，IBM 公司于 1985 年發(fā)展 CMOS 產(chǎn)品引入，并在 1990 年成功應(yīng)用于 64MB 的 DRAM 生產(chǎn)中。1995 年以后，CMP 技術(shù)得到了快速發(fā)展，大量應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)?；瘜W(xué)機(jī)械研磨亦稱為化學(xué)機(jī)械拋光，其原理是化學(xué)腐蝕作用和機(jī)械去除作用相結(jié)合的加工技術(shù)，是機(jī)械加工中唯一可以實(shí)現(xiàn)表面全局平坦化的技術(shù)。

八、光罩檢測(cè)

光罩是高精密度的石英平板，是用來(lái)制作晶圓上電子電路圖像，以利集成電路的制作。光罩必須是完美無(wú)缺，才能呈現(xiàn)完整的電路圖像，否則不完整的圖像會(huì)被復(fù)制到晶圓上。光罩檢測(cè)機(jī)臺(tái)則是結(jié)合影像掃描技術(shù)與先進(jìn)的影像處理技術(shù)，捕捉圖像上的缺失。

九、清洗技術(shù)

清洗技術(shù)在芯片制造中非常重要。清洗的目的是去除金屬雜質(zhì)、有機(jī)物污染、微塵與自然氧化物；降低表面粗糙度；因此幾乎所有制程之前或后都需要清洗。份量約占所有制程步驟的 30％。

十、晶片切割

晶片切割之目的為將前制程加工完成之晶圓上一顆顆之晶粒（die）切割分離。舉例來(lái)說(shuō)：以 0．2 微米制程技術(shù)生產(chǎn)，每片八寸晶圓上可制作近六百顆以上的 64M 微量。欲進(jìn)行晶片切割，首先必須進(jìn)行晶圓黏片，而后再送至晶片切割機(jī)上進(jìn)行切割。切割完后之晶粒井然有序排列于膠帶上，而框架的支撐避免了膠帶的皺摺與晶粒之相互碰撞。

十一、焊線

IC 構(gòu)裝制程（Packaging）則是利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成集成電路（IntegratedCircuit；簡(jiǎn)稱 IC），此制程的目的是為了製造出所生產(chǎn)的電路的保護(hù)層，避免電路受到機(jī)械性刮傷或是高溫破壞。最后整個(gè)集成電路的周圍會(huì)向外拉出腳架（Pin），稱之為打線，作為與外界電路板連接之用。

十二、封膠

封膠之主要目的為防止?jié)駳庥赏獠壳秩?、以機(jī)械方式支持導(dǎo)線、內(nèi)部產(chǎn)生熱量之去除及提供能夠手持之形體。其過(guò)程為將導(dǎo)線架置于框架上并預(yù)熱，再將框架置于壓模機(jī)上的構(gòu)裝模上，再以樹(shù)脂充填并待硬化。

十三、剪切／成形

剪切之目的為將導(dǎo)線架上構(gòu)裝完成之晶粒獨(dú)立分開(kāi)，并把不需要的連接用材料及部份凸出之樹(shù)脂切除（dejunk）。成形之目的則是將外引腳壓成各種預(yù)先設(shè)計(jì)好之形狀，以便于裝置于電路版上使用。剪切與成形主要由一部沖壓機(jī)配上多套不同制程之模具，加上進(jìn)料及出料機(jī)構(gòu)所組成。

十四、測(cè)試和檢驗(yàn)

這些測(cè)試和檢驗(yàn)就是保證封裝好芯片的質(zhì)量，保證其良率。
編輯：hfy