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| 所謂的半導(dǎo)體，是指在某些情況下，能夠?qū)娏鳎谀承l件下，又具有絕緣體效用的物質(zhì)；而至于所謂的IC，則是指在一半導(dǎo)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(yù)先設(shè)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(fā)明出來，結(jié)束了真空管的時代，到1958年TI開發(fā)出*顆IC成功，又意謂宣告晶體管的時代結(jié)束，IC的時代正式開始。從此開始各式IC不斷被開發(fā)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(fā)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(jīng)被大量生產(chǎn)，并應(yīng)用到我們的生活的各領(lǐng)域中來，為我們的生活帶來飛速的發(fā)展。不能想象離開半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)我們的生活將會怎樣，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展狀況已成為一個國家的技術(shù)狀況的重要指針，電子技術(shù)也成為一個國家提高國防能力的重要途徑。 半導(dǎo)產(chǎn)品類別 目前的半導(dǎo)體產(chǎn)品可分為集成電路、分離式組件、光電半導(dǎo)體等三種。 集成電路(IC)，是將一電路設(shè)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(chǎn)品：內(nèi)存IC、微組件、邏輯IC、模擬IC。 分離式半導(dǎo)體組件，指一般電路設(shè)計中與半導(dǎo)體有關(guān)的組件。常見的分離式半導(dǎo)體組件有晶體管、二極管、閘流體等。 光電式半導(dǎo)體，指利用半導(dǎo)體中電子與光子的轉(zhuǎn)換效應(yīng)所設(shè)計出之材料與組件。主要產(chǎn)品包括發(fā)光組件、受光組件、復(fù)合組件和光伏特組件等。 IC產(chǎn)品介紹 IC產(chǎn)品可分為四個種類，這些產(chǎn)品可細分為許多子產(chǎn)品，分述如下： 內(nèi)存IC：顧名思義，內(nèi)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(guān)閉后資料是否消失)可再分為揮發(fā)性、非揮發(fā)性內(nèi)存；揮發(fā)性內(nèi)存包括DRAM、SRAM，非揮發(fā)性內(nèi)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(chǎn)品：微處理器指微電子計算器中的操作數(shù)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(tǒng)，如聲卡、影視卡...等的控制組件；數(shù)字訊號處理IC可將模擬訊號轉(zhuǎn)為數(shù)字訊號，通常用于語音及通訊系統(tǒng)。 模擬IC：低復(fù)雜性、應(yīng)用面積大、整合性低、流通性高是此類產(chǎn)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(shè)計的IC，目前較常用在電子相機、3D Game、 IC產(chǎn)業(yè) IC的制造可由上游至下游分為三種工業(yè)，一是與IC的制造有直接關(guān)系的工業(yè)、包括晶圓制造業(yè)、IC制造業(yè)、IC封裝業(yè)；二是輔助IC制造的工業(yè)，包括IC設(shè)計、光罩制造、IC測試、化學(xué)品、導(dǎo)線架工業(yè)；三是提供IC制造支持的產(chǎn)業(yè)，如設(shè)備、儀器、計算機輔助設(shè)計工具工業(yè)...等。 IC（集成電路）制作過程簡介 集成電路的生產(chǎn)過程極其復(fù)雜，習慣上將其分為前置作業(yè)，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(chǔ)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(yè)類似于樓房的設(shè)計和建造地基，包括電路的設(shè)計、光罩設(shè)計和晶圓的制作，電路設(shè)計即是根據(jù)使用的要求設(shè)計出各層的線路和架夠，光罩設(shè)計則類似于照像底片，依靠其將設(shè)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(chǔ)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(chǎn)上是使用類似照相技術(shù)的報光，顯影，蝕刻，沖洗的方法來實現(xiàn)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(jié)果的測試，目的是對各流程有很好的控制，并能及時的發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的不良產(chǎn)品，盡早進行修部或剔除，以減少不良成本，經(jīng)過各道測試并zui終生產(chǎn)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(lián)線再進行全面測試的過程，要經(jīng)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(yè)特性 IC制造業(yè)中，有幾個不同于其它制造業(yè)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(shè)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(shù)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(chǎn)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(jīng)測試可使用的IC占晶圓割下IC總數(shù)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(chǎn)品，不像其它制造業(yè)的產(chǎn)品，有制造過程的錯誤，大多只會成為品質(zhì)不良的產(chǎn)品，非不能使用的產(chǎn)品；因此IC制造業(yè)的良率要較傳統(tǒng)的工業(yè)制造良率來的低，而且變異大，不論是在品質(zhì)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?。涸诰A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(chǎn)品。 (b)線上的管制：集成電路制造是極精密的工業(yè)，且制造環(huán)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?？蛇_20%以上，因此線上的管制在集成電路制造中是很重要的?！?br /> 制程復(fù)雜影響機器使用率:IC制造廠中，由于制程重復(fù)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(shè)備無法充分利用；機器設(shè)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(huán)。 晶圓代工 因為IC的生產(chǎn)過程復(fù)雜，從設(shè)計到生產(chǎn)的生產(chǎn)線長，而且生產(chǎn)過程的主要成本是機臺的成本，固定成本高，且產(chǎn)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(chǎn)自己的產(chǎn)品，而很多廠商都只是加工整個制程中的一段，再形成供應(yīng)鏈式的組合，聯(lián)合制造產(chǎn)品，以實現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。晶圓代工就是基于此而產(chǎn)生的，這種企業(yè)只負責生產(chǎn)不進行設(shè)計，因此也可以說晶圓代工廠并沒有自己的產(chǎn)品，傳統(tǒng)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(xiàn)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(shè)計企業(yè)只要將自己的設(shè)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(chǎn)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(chǎn)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(yè)種類通常只有十多種，但由于不斷重復(fù)這些作業(yè)，使得一片IC從晶圓投入到可以切割包裝，要經(jīng)過百次以上的制造步驟。 一個IC產(chǎn)品制作電路后的結(jié)構(gòu)，是以芯片為基礎(chǔ)逐層的建造起來的，上面已經(jīng)提到，每一層的生產(chǎn)都是使用類似照相技術(shù)的報光，顯影，蝕刻，沖洗的方法來實現(xiàn)的，因此生產(chǎn)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(fù)循環(huán)，每個過程的生產(chǎn)都在特定的區(qū)域來完成，這些區(qū)域有：薄膜（thin-film）,黃光（ photo）,蝕刻（etch）,擴散（diffusion）. 薄膜（thin-film） 薄膜區(qū)間是塵積介電質(zhì)或金屬層的地方，介電質(zhì)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(dǎo)線，多采用鋁或銅或鋁銅合金，因此介電質(zhì)和金屬沉積也是集成電路的制程中的重要制程。薄膜技術(shù)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(chǎn)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(nèi)具有被鍍物的粒子,來產(chǎn)生沈積薄膜的.）和化學(xué)氣象沈積既利用化學(xué)反應(yīng)的方式,在反應(yīng)器內(nèi)將反應(yīng)物( 通常為氣體)生成固態(tài)的生成物,并沉積在芯片表面的一種薄膜沉積技術(shù)。 黃光（Photo） 微影技術(shù)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(shè)計的圖案轉(zhuǎn)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(xué)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(qū)稱為黃光區(qū)。在黃光區(qū)內(nèi)，利用整合型的晶圓軌道機——步進機系統(tǒng)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(xué)反應(yīng)，將設(shè)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(shù)百萬美元，因此也常成為生產(chǎn)中的瓶頸。 蝕刻（Etch） Etch作為IC制程中的主要環(huán)節(jié)之一，其目的是化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)來去除wafer表面多余的物質(zhì)，根據(jù)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(xué)溶液中，通過化學(xué)反應(yīng)將要蝕刻掉的物質(zhì)腐蝕掉，而干蝕刻是將化學(xué)氣體吹到weafer 表面上，與其發(fā)生反應(yīng)，以實現(xiàn)蝕刻的目的。兩者相比，后者的過程中的關(guān)鍵參數(shù)容易控制，用物理或化學(xué)的方法均可實現(xiàn)，且對圖形的控制能力較強，而前者只能通過化學(xué)的方法實現(xiàn)，且對關(guān)鍵參數(shù)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(huán)境，兩者各有各自適合的范圍，兩種方法要根據(jù)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(shù)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(zhuǎn)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(yīng)力，轉(zhuǎn)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(xué)用量多。 擴散（ Diffusion） 擴散區(qū)間是進行加熱制程的區(qū)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(fù)晶體結(jié)構(gòu)的熱處理是加熱制程。高溫爐是這區(qū)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(yù)置在硅芯片表面上的摻質(zhì),藉高溫擴散的原理,把他們趨進芯片表面的材質(zhì)內(nèi)。 |
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