瞄準技術工藝，來看看半導體元器件的具體制造過程

2021-01-21 10:25:15來源：OFweek電子工程網(wǎng) 閱讀量：140 評論

導讀：半導體元器件的制造除了人們熟知的“設計→制造→封裝→測試”四大環(huán)節(jié)以外，中間的整體環(huán)節(jié)其實很復雜，可分為前段制程和后段制程。

　　半導體元器件的制造除了人們熟知的“設計→制造→封裝→測試”四大環(huán)節(jié)以外，中間的整體環(huán)節(jié)其實很復雜，可分為前段制程和后段制程。

　　半導體元器件的制備首先要有基本的材料——硅晶圓，通過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復雜且資金投入多的過程。由于芯片是高精度的產(chǎn)品，因此對制造環(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塵室。此外，一枚芯片所需處理步驟可達數(shù)百道，而且使用的加工機臺*且昂貴，動輒數(shù)千萬一臺，雖然詳細的處理程序是隨著產(chǎn)品種類與所使用的技術有關；不過其基本處理步驟通常是晶圓先經(jīng)過適當?shù)那逑粗?，接著進行氧化及沈積，後進行微影、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，因為整片的硅晶片是單一完整的晶體，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，則為復晶體(或多晶體)。生成單晶體或多晶體與晶體生長時的溫度，速率與雜質(zhì)都有關系。

　　二、光學顯影

　　光學顯影是在光阻上經(jīng)過曝光和顯影的程序，把光罩上的圖形轉換到光阻下面的薄膜層或硅晶上。光學顯影主要包含了光阻涂布、烘烤、光罩對準、曝光和顯影等程序。小尺寸之顯像分辨率，更在 IC 制程的進步上，扮演著關鍵的角色。由于光學上的需要，此段制程之照明采用偏黃色的可見光。因此俗稱此區(qū)為黃光區(qū)。

　　三、蝕刻技術

　　蝕刻技術(EtchingTechnology)是將材料使用化學反應物理撞擊作用而移除的技術。可以分為：濕蝕刻(wetetching)：濕蝕刻所使用的是化學溶液，在經(jīng)過化學反應之后達到蝕刻的目的；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反應，甚至也可能是以上兩者的復合作用。現(xiàn)在主要應用等離子體刻蝕技術。

　　四、CVD化學氣相沉積

　　化學氣相沉積(CVD)是指化學氣體或蒸汽在基質(zhì)表面反應合成涂層或納米材料的方法，是半導體工業(yè)中應用十分廣泛的用來沉積多種材料的技術，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。從理論上來說，它是很簡單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導入到一個反應室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學反應，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制程。此技術一般使用氬等鈍氣，藉由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材后，可將靶材原子一個個濺擊出來，并使被濺擊出來的材質(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)

　　離子植入技術可將摻質(zhì)以離子型態(tài)植入半導體組件的特定區(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，到達預定的植入深度。離子植入制程可對植入?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(晶圓通過離子束之次數(shù))來控制，而離子植入之深度則由離子束能量之大小來決定。

　　七、化學機械研磨

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

　　八、光罩檢測

　　光罩是高精密度的石英平板，是用來制作晶圓上電子電路圖像，以利集成電路的制作。光罩必須是完美無缺，才能呈現(xiàn)完整的電路圖像，否則不完整的圖像會被復制到晶圓上。光罩檢測機臺則是結合影像掃描技術與*的影像處理技術，捕捉圖像上的缺失。

　　九、清洗技術

　　清洗技術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。舉例來說：以0.2微米制程技術生產(chǎn)，每片八寸晶圓上可制作近六百顆以上的64M微量。欲進行晶片切割，首先必須進行晶圓黏片，而后再送至晶片切割機上進行切割。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；簡稱IC)，此制程的目的是為了製造出所生產(chǎn)的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。后整個集成電路的周圍會向外拉出腳架(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)駳庥赏獠壳秩搿⒁詸C械方式支持導線、內(nèi)部產(chǎn)生熱量之去除及提供能夠手持之形體。其過程為將導線架置于框架上并預熱，再將框架置于壓模機上的構裝模上，再以樹脂充填并待硬化。

　　十三、剪切/成形

　　剪切之目的為將導線架上構裝完成之晶粒獨立分開，并把不需要的連接用材料及部份凸出之樹脂切除(dejunk)。成形之目的則是將外引腳壓成各種預先設計好之形狀，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配上多套不同制程之模具，加上進料及出料機構所組成。

　　十四、測試和檢驗

　　這些測試和檢驗就是保證封裝好芯片的質(zhì)量，保證其良率。

　　原標題：瞄準技術工藝，來看看半導體元器件的具體制造過程

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