[IC]Lithograph(0)半導體制造的基本過程

1. 晶圓片 Wafer

晶圓（Wafer）是指硅半導體集成電路製做所用的硅芯片，因爲其形狀爲圓形，故稱爲晶圓。晶圓是生產集成電路所用的載體，通常意義晶圓多指單晶硅圓片。

半導體行業從圖1到圖2，是一個所謂爲的「點石成金」的行業：

         

這就是現實版的鍊金術師，固然最完美的鍊金成品的背後是最優美的鍊金配方。半導體制造也是如此，咱們先從半導體的基底材料的製做談起。基底製造又以以硅晶圓片爲例，它的製造通過了一下幾個過程： 二氧化硅 ——> 粗硅 ——> 多晶硅 ——> 單晶硅 ——> 硅晶圓片。

1. 二氧化硅 ——> 粗硅
   • 工業上將碳將普通硅砂還原成粗硅。 C + SiO₂ ——> Si + CO₂, 但粗硅中通常還含有鐵、鋁、碳、磷、硼、銅等。
2. 粗硅 ——> 多晶硅
   • 粗硅須要進一步提純，通常用氯化氫（HCl）等到純度更高的多晶硅。
3. 多晶硅 ——> 單晶硅
   • 單晶硅是將對晶硅經單晶爐拉制而成的。將需提純的多晶硅和根據須要摻雜的雜質劑放入坩堝中熔化，而後慢慢拉制成單晶硅棒。
   • 單晶(single crystal)是指其內部微粒有規律地排列在一個空間格子內的晶體；多晶硅(polysilicon,Polycrystalline silicon),由不少小的硅晶體醉成的材料，它不一樣於用於電子和太陽能電池的單晶硅，也不一樣於用於薄膜設備和太陽能電池的非晶硅。
   • 單晶根據晶體生長法制做分爲 1. 藉由柴可夫斯基法(Czochralski)，將復晶晶體提煉成對稱的、有規律的、成幾何型的單晶晶格結構。 2. 浮區法(Floating zone)，可將低純度硅晶體提煉成對稱的、有規律的、成幾何型的單晶晶格結構。
   • 柴可夫斯基法:石英(quartz)製做的大坩堝(crucible)盛滿多晶硅，再把這個裝置放置到一個真空腔(vacuum chamber)中，密閉好以後再注入惰性氣體通常爲氬(argon)。如圖3所示：
   •  　　             　　            
     • 圖3.單晶體煉製爐結構示意圖               圖4. 柴可夫斯基法單晶體制做流程

   • 柴可夫斯基法: 以後，整個過程爲 多晶硅熔融melting of polysilicon ——> 引入母晶並開始晶體生成Introduction of the seed crystal and Beginning of the crystal growth ——> 拉伸晶體crystal pulling ——> 由熔融的多晶硅拉制出單晶硅棒Formed crystal with a residue of melted silicon 如圖4所示。

4. 單晶硅 ——> 硅晶圓片
   • 首先，將拉制好的單晶硅棒頭部和尾部切掉，再用機械對其進行修整，造成直徑合適並有必定長度的「單晶硅棒」。
   • 把「單晶硅棒」切成一片一片薄薄的圓片，這些圓片再通過一系列工藝處理後，一片片完美的硅晶圓片就製造出來了。

2. 集成電路設計

　　　　　　　　

　　　　　　圖5. 集成電路設計流程圖　　　　　　　   圖6. 集成電路物理鏈路設計流程圖

3. 半導體器件製造

wiki上關於半導體制造的步驟列表以下：

• 芯片處理
  • 溼洗
  • 平版照相術
  • 光刻
  • 離子移植
  • 蝕刻（幹法刻蝕Dry etching 、溼法刻蝕Dry etching、等離子蝕刻 Plasma etching）
  • 熱處理
    • 快速熱退火
    • 熔爐退火 Furnace anneals
    • 熱氧化
  • 化學氣相沉積 (CVD) Chemical vapor deposition
  • 物理氣相沉積 (PVD)
  • 分子束外延 (MBE)
  • 電化學沉積 (ECD)，見電鍍
  • 化學機械平坦化 (CMP)
  • 芯片測試（檢驗電氣特性）
  • 晶背研磨（減少芯片的厚度，使獲得的芯片能被嵌入較薄的器件中，像是智能卡或PCMCIA卡。）
• 晶粒製備 Die preparation
  • 芯片組裝
  • Die cutting
• 集成電路封裝 IC packaging
  • Die attachment
  • IC Bonding
    • Wire bonding
    • Flip chip
    • Tab bonding
  • IC encapsulation
    • Baking
    • Plating
    • Lasermarking
    • Trim and form

4. 光刻

半導體制造是一個綜合精密的過程，這裏只簡要介紹一下光刻的基本過程，如圖7所示：

　　　　　　　　　　圖7.光刻的基本流程圖