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半导体器件制造

半導體製程是被用于制造芯片,一种日常使用的电气电子器件中集成电路的处理工艺。它是一系列照相和化学处理步骤,在其中电子电路逐渐形成在使用纯半导体材料制作的晶片上。是今天最常用的半导体材料,其他还有各种复合半导体材料。从一开始晶圓加工,到芯片封装測試,直到出货,通常需要6到8周,并且是在晶圓廠內完成。

NASA的Glenn研发中心無塵室

晶圓

典型的晶片是用极度纯净的柴可拉斯基法泡生法等方式长成直径12英寸(300毫米)的单晶圆柱(梨形人造宝石)。这些硅碇被切成晶片大约0.75毫米厚并抛光為非常平整的表面。

一旦晶圓准备好之后,很多工艺步骤对于生产需要的半导体集成电路是必要的。总之,这些步骤可分成四组:

  • 前端工艺
  • 后端工艺
  • 测试
  • 封装

工艺

在半導體製程中,不同的生产工序可归为如下四类:沉积、清除、制作布线图案、以及电学属性的调整。

前端工艺

"前端工艺"指的是在上直接形成晶体管。双极二极管,mos管等

二氧化硅

金属层

互联

晶片测试

晶片处理高度有序化的本质增加了对不同处理步骤之间度量方法的需求。晶片测试度量设备被用于检验晶片仍然完好且没有被前面的处理步骤损坏。当一块晶片测量失败次数超过一个预先设定的阈值时,晶片将被废弃而非继续后续的处理工艺。

器件测试

封装

塑料或陶瓷封裝牽涉到固定裸晶(die)、連接裸晶墊片至封裝上的針腳並密封整塊裸晶。微小的接合線(bondwires,請參考打線接合)用來連接裸晶電片到針腳上。在早期1970年代,接線是靠手工搭接,但現今已經仰賴特製的機器去完成同樣的工作。傳統上,這些接線由黃金組成,引導至一片鍍銅的含鉛導線架(lead frame)。由於鉛是有毒的,現今廠商大多為了遵守有害物質限用指令(RoHS)而不再使用含鉛材料。

晶片尺寸封裝(Chip Scale Package)是另一種封裝技術。大部分的封裝,如雙列直插封裝(dual in-line package),比實際隱藏在內部的裸晶大好幾倍,然而 CSP 晶片就可以幾乎等同於原本裸晶的大小,一片 CSP 可以在晶圓還沒切割之前就建構在每個裸晶上。

封裝過的晶片會再加以測試以確保它們在封裝過程中沒被損壞,以及裸晶至針腳上的連接作業有正確地被完成,接著就會使用雷射在封裝外殼上刻蝕出晶片名稱和編號。

步骤列表

  • IC Assembly and Testing 封装測試
    • Wafer Testing 晶片测试
      • Visual Inspection外觀檢測
      • Wafer Probing電性測試
    • FrontEnd 封裝前段
      • Wafer BackGrinding 晶背研磨
      • Wafer Mount晶圓附膜
      • Wafer Sawing晶圓切割
      • Die attachment上片覆晶
      • Wire bonding焊線
    • BackEnd 封裝後段
      • Molding模壓
      • Post Mold Cure後固化
      • De-Junk 去節
      • Plating 電鍍
      • Marking 打印
      • Trimform 成形
      • Lead Scan 檢腳
    • Final Test 終測
      • Electrical Test電性測試
      • Visual Inspection光學測試
      • Baking 烘烤

有害材料标志

许多有毒材料在制造过程中被使用。这些包括:

工人直接暴露在这些有毒物质下是致命的。通常IC制造业高度自动化能帮助降低暴露于这一类物品的风险。

历史

当线宽远高于10微米时,纯净度还不像今天的器件生产中那样至关紧要。但随着器件变得越来越集成,無塵室也变得越来越干净。今天,工廠內是加壓过滤空气,来去除哪怕那些可能留在晶片上并形成缺陷的最小的粒子。半导体制造產線裡的工人被要求穿著無塵衣来保护器件不被人类污染。

在利润增长的推动下,在1960年代半导体器件生产遍及德克萨斯州加州乃至全世界,比如爱尔兰以色列日本台灣韩国新加坡,現今已成為全球產业。

半导体生产商的领袖大都在全世界拥有產線。英特尔,世界最大的生产商之一,以及在美其他顶级生产商包括台积电(台湾)、三星(韩国)、德州仪器(美国)、超微半导体(美国)、聯电(台灣)、东芝(日本)、NEC电子(日本)、意法半导体(欧洲)、英飞凌(欧洲)、瑞萨(日本)、索尼(日本),以及恩智浦半导体 (欧洲)在欧洲和亚洲都有自己的设备。

在2006年,在美国有大约5000家半导体和电子零件生产商,营业额达1650亿美元[1]

参考文献

  1. ^ Barnes报告 (页面存档备份,存于互联网档案馆)“2006美国工业和市场展望”

外部链接

参见

半导体器件制造, 本條目存在以下問題, 請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法, 此條目可参照英語維基百科相應條目来扩充, 2021年5月28日, 若您熟悉来源语言和主题, 请协助参考外语维基百科扩充条目, 请勿直接提交机械翻译, 也不要翻译不可靠, 低品质内容, 依版权协议, 译文需在编辑摘要注明来源, 或于讨论页顶部标记, href, template, translated, page, html, title, template, translated, page, translated, page, . 本條目存在以下問題 請協助改善本條目或在討論頁針對議題發表看法 此條目可参照英語維基百科相應條目来扩充 2021年5月28日 若您熟悉来源语言和主题 请协助参考外语维基百科扩充条目 请勿直接提交机械翻译 也不要翻译不可靠 低品质内容 依版权协议 译文需在编辑摘要注明来源 或于讨论页顶部标记 a href Template Translated page html title Template Translated page Translated page a 标签 此條目需要补充更多来源 2021年5月28日 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目 无法查证的内容可能會因為异议提出而移除 致使用者 请搜索一下条目的标题 来源搜索 半导体器件制造 网页 新闻 书籍 学术 图像 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源 判定指引 半導體製程是被用于制造芯片 一种日常使用的电气和电子器件中集成电路的处理工艺 它是一系列照相和化学处理步骤 在其中电子电路逐渐形成在使用纯半导体材料制作的晶片上 硅是今天最常用的半导体材料 其他还有各种复合半导体材料 从一开始晶圓加工 到芯片封装測試 直到出货 通常需要6到8周 并且是在晶圓廠內完成 NASA的Glenn研发中心無塵室 目录 1 晶圓 2 工艺 2 1 前端工艺 2 2 二氧化硅 2 3 金属层 2 4 互联 3 晶片测试 4 器件测试 5 封装 6 步骤列表 7 有害材料标志 8 历史 9 参考文献 10 外部链接 11 参见晶圓 编辑主条目 晶圓 典型的晶片是用极度纯净的硅以柴可拉斯基法 泡生法等方式长成直径12英寸 300毫米 的单晶圆柱锭 梨形人造宝石 这些硅碇被切成晶片大约0 75毫米厚并抛光為非常平整的表面 一旦晶圓准备好之后 很多工艺步骤对于生产需要的半导体集成电路是必要的 总之 这些步骤可分成四组 前端工艺 后端工艺 测试 封装工艺 编辑在半導體製程中 不同的生产工序可归为如下四类 沉积 清除 制作布线图案 以及电学属性的调整 前端工艺 编辑 前端工艺 指的是在硅上直接形成晶体管 双极二极管 mos管等 二氧化硅 编辑 金属层 编辑 互联 编辑晶片测试 编辑晶片处理高度有序化的本质增加了对不同处理步骤之间度量方法的需求 晶片测试度量设备被用于检验晶片仍然完好且没有被前面的处理步骤损坏 当一块晶片测量失败次数超过一个预先设定的阈值时 晶片将被废弃而非继续后续的处理工艺 器件测试 编辑封装 编辑塑料或陶瓷封裝牽涉到固定裸晶 die 連接裸晶墊片至封裝上的針腳並密封整塊裸晶 微小的接合線 bondwires 請參考打線接合 用來連接裸晶電片到針腳上 在早期1970年代 接線是靠手工搭接 但現今已經仰賴特製的機器去完成同樣的工作 傳統上 這些接線由黃金組成 引導至一片鍍銅的含鉛導線架 lead frame 由於鉛是有毒的 現今廠商大多為了遵守有害物質限用指令 RoHS 而不再使用含鉛材料 晶片尺寸封裝 Chip Scale Package 是另一種封裝技術 大部分的封裝 如雙列直插封裝 dual in line package 比實際隱藏在內部的裸晶大好幾倍 然而 CSP 晶片就可以幾乎等同於原本裸晶的大小 一片 CSP 可以在晶圓還沒切割之前就建構在每個裸晶上 封裝過的晶片會再加以測試以確保它們在封裝過程中沒被損壞 以及裸晶至針腳上的連接作業有正確地被完成 接著就會使用雷射在封裝外殼上刻蝕出晶片名稱和編號 步骤列表 编辑晶片处理 湿洗 平版照相术 光刻Litho 离子移植IMP 蚀刻 干法刻蚀 湿法刻蚀 等离子蚀刻 英语 Plasma etching 热处理 快速热退火Annel 熔炉退火 热氧化 化学气相沉积 CVD 物理气相沉积 PVD 分子束外延 MBE 电化学沉积 ECD 见电镀 化学机械平坦化 CMP IC Assembly and Testing 封装測試 Wafer Testing 晶片测试 Visual Inspection外觀檢測 Wafer Probing電性測試 FrontEnd 封裝前段 Wafer BackGrinding 晶背研磨 Wafer Mount晶圓附膜 Wafer Sawing晶圓切割 Die attachment上片覆晶 Wire bonding焊線 BackEnd 封裝後段 Molding模壓 Post Mold Cure後固化 De Junk 去節 Plating 電鍍 Marking 打印 Trimform 成形 Lead Scan 檢腳 Final Test 終測 Electrical Test電性測試 Visual Inspection光學測試 Baking 烘烤有害材料标志 编辑许多有毒材料在制造过程中被使用 这些包括 有毒元素掺杂物比如砷 硼 锑和磷 有毒化合物比如砷化三氢 磷化氢和硅烷 易反应液体 例如过氧化氢 发烟硝酸 硫酸以及氢氟酸工人直接暴露在这些有毒物质下是致命的 通常IC制造业高度自动化能帮助降低暴露于这一类物品的风险 历史 编辑当线宽远高于10微米时 纯净度还不像今天的器件生产中那样至关紧要 但随着器件变得越来越集成 無塵室也变得越来越干净 今天 工廠內是加壓过滤空气 来去除哪怕那些可能留在晶片上并形成缺陷的最小的粒子 半导体制造產線裡的工人被要求穿著無塵衣来保护器件不被人类污染 在利润增长的推动下 在1960年代半导体器件生产遍及德克萨斯州和加州乃至全世界 比如爱尔兰 以色列 日本 台灣 韩国和新加坡 現今已成為全球產业 半导体生产商的领袖大都在全世界拥有產線 英特尔 世界最大的生产商之一 以及在美其他顶级生产商包括台积电 台湾 三星 韩国 德州仪器 美国 超微半导体 美国 聯电 台灣 东芝 日本 NEC电子 日本 意法半导体 欧洲 英飞凌 欧洲 瑞萨 日本 索尼 日本 以及恩智浦半导体 欧洲 在欧洲和亚洲都有自己的设备 在2006年 在美国有大约5000家半导体和电子零件生产商 营业额达1650亿美元 1 参考文献 编辑 Barnes报告 页面存档备份 存于互联网档案馆 2006美国工业和市场展望 外部链接 编辑半导体制造 页面存档备份 存于互联网档案馆 www SiliconFarEast com Intel s Animated step by step process 页面存档备份 存于互联网档案馆 NEC Electronics Virtual Factory Tour 半导体 Glossary 半导体材料工艺 硅热氧化计算器 页面存档备份 存于互联网档案馆 参见 编辑 电子学主题 微制造 电子设计自动化 Fab Foundry electronics GDS II OASIS SEMI 半导体工业的行业组织 原子层沉积 国际半导体技术发展蓝图 取自 https zh wikipedia org w index php title 半导体器件制造 amp oldid 75015394, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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