半導體從業者對晶片都有一定程度的瞭解，但我相信除了在晶圓廠的人外，很少有人對工藝流程有深入的瞭解。在這裡我來給大家做一個科普。首先要做一些基本常識科普：半導體元件製造過程可分為前段製程（包括晶圓處理製程、晶圓針測製程）；還有後段（包括封裝、測試製程）。

零、概念理解 所謂晶圓處理製程，主要工作為在矽晶圓上製作電路與電子元件（如電晶體、電容體、邏輯閘等），為上述各製程中所需技術最複雜且資金投入最多的過程 ，以微處理器（Microprocessor）為例，其所需處理步驟可達數百道，而其所需加工機臺先進且昂貴，動輒數千萬一臺，其所需製造環境為為一溫度、溼度與 含塵（Particle）均需控制的無塵室（Clean-Room），雖然詳細的處理程式是隨著產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過適 當的清洗（Cleaning）之後，接著進行氧化（Oxidation）及沈積，最後進行微影、蝕刻及離子植入等反覆步驟，以完成晶圓上電路的加工與製作。

晶圓針測製程則是在製造好晶圓之後，晶圓上即形成一格格的小格 ，我們稱之為晶方或是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圓上皆製作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圓 上製作不同規格的產品；這些晶圓必須通過晶片允收測試，晶粒將會一一經過針測（Probe）儀器以測試其電氣特性， 而不合格的的晶粒將會被標上記號（Ink Dot），此程式即 稱之為晶圓針測製程（Wafer Probe）。然後晶圓將依晶粒 為單位分割成一粒粒獨立的晶粒。

IC封裝製程（Packaging）：利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路；目的是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。而後段的測試則是對封裝好的晶片進行測試，以保證其良率。

因為晶片是高精度的產品，因此對製造環境有很高的要求。

下面對主要的製程進逐一講解：

一、矽晶圓材料

晶圓是製作矽半導體IC所用之矽晶片，狀似圓形，故稱晶圓。材料是「矽」， IC（Integrated Circuit）廠用的矽晶片即為矽晶體，因為整片的矽晶片是單一完整的晶體，故又稱為單晶體。但在整體固態晶體內，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，速率與雜質都有關係。

二、光學顯影

光學顯影是在感光膠上經過曝光和顯影的程式，把光罩上的圖形轉換到感光膠下面的薄膜層或矽晶上。光學顯影主要包含了感光膠塗布、烘烤、光罩對準、 曝光和顯影等程式。

關鍵技術引數:最小可分辨圖形尺寸Lmin(nm) 、聚焦深度DOF

曝光方式:紫外線、X射線、電子束、極紫外光

三、蝕刻技術

蝕刻技術（Etching Technology）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:

溼蝕刻（wet etching）:溼蝕刻所使用的是化學溶液，在經過化學反應之後達到蝕刻的目的。

幹蝕刻（dry etching）:幹蝕刻則是利用一種電漿蝕刻（plasma etching）。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複合作用。

現在主要應用技術:等離子體刻蝕　

四、CVD化學氣相沉積

這是利用熱能、電漿放電或紫外光照射等化學反應的方式，在反應器內將反應物（通常為氣體）生成固態的生成物，並在晶片表面沉積形成穩定固態薄膜（film）的一種沉積技術。CVD技術是半導體IC製程中運用極為廣泛的薄膜形成方法，如介電材料（dielectrics）、導體或半導體等薄膜材料幾乎都能用CVD技術完成。

常用的CVD技術有：

(1)「常壓化學氣相沉積（APCVD）」；(2)「低壓化學氣相沉積（LPCVD）」；(3)「電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）」

CVD的反應機制主要可分為五個步驟：

(1)在沉積室中匯入氣體，並混以稀釋用的惰性氣體構成「主氣流（mainstream）」；(2)主氣流中反應氣體原子或分子通過邊界層到達基板表面；(3)反應氣體原子被「吸附（adsorbed）」在基板上；(4)吸附原子（adatoms）在基板表面移動，並且產生化學反應；(5)氣態生成物被「吸解（desorbed）」，往外擴散通過邊界層進入主氣流中，並由沉積室中被去除。

五、物理氣相沉積（PVD）

這主要是一種物理製程而非化學制程。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後，可將靶材原子一個個濺擊出來，並使被濺擊出來的材質（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沉積在晶圓表面。　

PVD以真空、測射、離子化或離子束等方法使純金屬揮發，與碳化氫、氮氣等氣體作用，加熱至400～600℃（約1～3小時）後，蒸鍍碳化物、氮化物、氧化物及硼化物等1～10μm厚之微細粒狀薄膜，PVD可分為三種技術：(1)蒸鍍（Evaporation）；(2)分子束磊晶成長（Molecular Beam Epitaxy；MBE）；(3)濺鍍（Sputter）

解離金屬電漿是最近發展出來的物理氣相沉積技術，它是在目標區與晶圓之間，利用電漿，針對從目標區濺擊出來的金屬原子，在其到達晶圓之前，加以離子化。離子化這些金屬原子的目的是，讓這些原子帶有電價，進而使其行進方向受到控制，讓這些原子得以垂直的方向往晶圓行進，就像電漿蝕刻及化學氣相沉積製程。這樣做可以讓這些金屬原子針對極窄、極深的結構進行溝填，以形成極均勻的表層，尤其是在最底層的部份。

六、離子植入（Ion Implant）

離子植入技術可將摻質以離子型態植入半導體元件的特定區域上，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。離子植入製程可對植入區內的摻質濃度加以精密控制。基本上，此摻質濃度（劑量）系由離子束電流（離子束內之總離子數）與掃瞄率（晶圓通過離子束之次數）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、化學機械研磨技術

化學機械研磨技術（化學機器磨光， CMP）兼具有研磨性物質的機械式研磨與酸鹼溶液的化學式研磨兩種作用，可以使晶圓表面達到全面性的平坦化，以利後續薄膜沉積之進行。

在CMP製程的硬裝置中，研磨頭被用來將晶圓壓在研磨墊上並帶動晶圓旋轉，至於研磨墊則以相反的方向旋轉。在進行研磨時，由研磨顆粒所構成的研漿會被置於晶圓與研磨墊間。影響CMP製程的變數包括有：研磨頭所施的壓力與晶圓的平坦度、晶圓與研磨墊的旋轉速度、研漿與研磨顆粒的化學成份、溫度、以及研磨墊的材質與磨損性等等。

八、光罩檢測（Retical檢查） 光罩是高精密度的石英平板，是用來製作晶圓上電子電路影象，以利積體電路的製作。光罩必須是完美無缺，才能呈現完整的電路影象，否則不完整的影象會被複制到晶圓上。光罩檢測機臺則是結合影像掃描技術與先進的影像處理技術，捕捉影象上的缺失。

當晶圓從一個製程往下個製程進行時，圖案晶圓檢測系統可用來檢測出晶圓上是否有瑕疵包括有微塵粒子、斷線、短路、以及其它各式各樣的問題。此外，對已印有電路圖案的圖案晶圓成品而言，則需要進行深次微米範圍之瑕疵檢測。

一般來說，圖案晶圓檢測系統系以白光或雷射光來照射晶圓表面。再由一或多組偵測器接收自晶圓表面繞射出來的光線，並將該影像交由高功能軟體進行底層圖案消除，以辨識並發現瑕疵。

九、清洗技術 我們要知道，清洗技術在晶片製造中非常重要。清洗的目的是去除金屬雜質、有機物汙染、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後都需要清洗。份量約佔所有制程步驟的 30%

十、晶片切割（Die Saw）

晶片切割之目的為將前製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，每片八寸晶圓上可製作近六百顆以上的64M微量。欲進行晶片切割，首先必須進行 晶圓黏片，而後再送至晶片切割機上進行切割。切割完後之晶粒井然有序排列於膠帶上，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（Wire Bond） IC構裝製程（Packaging）則是利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路（Integrated Circuit；簡稱IC），此製程的目的是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。最後整個積體電路的周圍會 向外拉出腳架（Pin），稱之為打線，作為與外界電路板連線之用。

十二、封膠（Mold）

封膠之主要目的為防止溼氣由外部侵入、以機械方式支 持導線、內部產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於框架上並預熱，再將框架置於壓模機上的構裝模上，再以樹脂充填並待硬化。

十三、剪下/成形（Trim /Form）

剪下之目的為將導線架上構裝完成之晶粒獨立分開，並 把不需要的連線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 ，以便於裝置於電路版上使用。剪下與成形主要由一部衝壓機配上多套不同製程之模具，加上進料及出料機構 所組成。

十四：典型的測試和檢驗過程

這些測試和檢驗就是保證封裝好晶片的質量，保證其良率的。其檢測專案包括但不限於以下幾項:

數碼科技半導體，風土人文和地理。大家好我是涉獵領域較為寬泛的一大木~

本人最近剛參加一次完整的流片過程，具體可以做出以下回答。

積體電路的製造是一個非常複雜的過程，涉及到很多的步驟、工藝等。從矽原材料到晶片成品的過程大致符合以下流程。

而本次介紹主要側重於製造的過程，故略去封裝和測試等環節的介紹。

晶圓的製作

首先要從沙子裡提純得到多晶矽，然後經過拉單晶切片磨片拋光外延等步驟，這些步驟的話我具體沒有參與過，我從我所參與的流程開始具體詳細介紹。

第一個程式是氧化，我所控制氧化晶圓的裝置，下圖所示的樣子。

這裡展開篇幅敘述一下氧化工藝的原理：

氧化的目的是為了在矽片上長一層二氧化矽層以保護矽片表面、器件隔離、遮蔽摻雜、形成電介質層等。具體種類包括幹氧氧化、溼氧氧化、水汽氧化、摻氯氧化和高壓氧化等。本次實習所採用的為溼氧工藝，從機器上也可觀察到。所以重點介紹溼氧工藝。

溼氧工藝是指氧氣中帶著一定量的水汽，水汽要加熱到95攝氏度。涉及到的化學方程為：

溼氧氧化的氧化速率介於幹氧氧化和水汽氧化之間，氧化層質量也介於二者之間。

溼氧氧化工藝要有水汽產生裝置，一般都是氫氧合成溼氧氧化工藝，要特別注意氫氣和氧氣的流量比，下圖是我當時拍到的氫氣氧氣混合裝置：

兩根管道內應該分別分氧氣和氫氣。具體操作的時候還需要把晶片推到爐子裡，操作過程如下圖所示：

氧化工藝就先介紹到這裡。

擴散

接著介紹以下擴散，擴散是為了改變半導體的電特性，形成半導體器件結構。將所需的雜質，比如三族或五族元素，以一定的方式摻入到半導體基片規定的區域內，並達到規定的數量和符合要求的分佈。擴散法和離子注入法均能達到目的。以下是兩種擴散爐。

關於擴散，就是將摻雜氣體匯入放有矽片的高溫爐中，從而達到將雜質擴散到矽片內的目的。按照摻雜源的形態分為固體源擴散、液態源擴散、氣態源擴散。按照擴散的形式又可以分為氣相固相液相擴散。按照雜質的分佈又可以分為恆定表面源擴散分佈和有限表面源擴散分佈。按照擴散的機理可分為間隙式擴散和替位式擴散。說完擴散順便敘述一下離子注入，離子注入相對於擴散來說有很多優勢，注入溫度低，精確且可獨立控制濃度分佈和結深，摻雜的均勻性和重複性好，注入離子純度高，能量單一，橫向擴散小，不受固溶度的限制。下圖為離子注入原理圖：

當然隨之而來的也會有些缺點，損傷較多，工藝多了退火的步驟，成本也高。它的原理是先給注入離子一定的能量，然後轟擊靶材料進入摻雜區域。然而注入離子的分佈是比較複雜的，不服從嚴格的高斯分佈。注入離子分佈圖如下圖所示：

光刻

然後介紹光刻工藝。可以說光刻是整個流程的重要環節。通過光化學反應，將光刻版上的圖形轉移到光刻膠上。光刻三要素即光刻機、光刻版和光刻膠是光刻步驟必不可少。光刻機：Lithography Tool，目前來說ASML的光刻機是前沿。荷蘭的這家公司並不具備將其售給中國的權利，很可笑，這都是瓦森納協定的限制，限制中國的發展。其實當年日本的佳能和尼康的光刻機技術是世界領先水平，當時ASML只是個弟弟，後來佳能和尼康受到的美利堅的多方干擾，美國意在通過打壓別國的光刻機技術想要使自己的光刻機技術成為領先水平，不料ASML和臺積電合夥研製出了浸潤式光刻，直接翻身農奴把歌唱。美國這下也好了，雖然把日本的光刻機技術給打壓了，沒想到ASML又起來了，而自己過得技術也還是個弟弟水平。美國也擔心中國的發展，後來拉攏全世界發達國家整了一個瓦森納協定，內容大概是禁止出售高尖端裝置給中國，真的是小肚雞腸美利堅。光刻機的能提供光刻工藝所需的曝光光源，將光刻版的圖形轉移到光刻膠上。技術難度最高、成本最大、決定特徵尺寸。有接觸式、接近式、投影式、步進式光刻機。

說完了光刻機還有光刻版，光刻版即掩膜版、光罩，很好理解。最後還有光刻膠，光刻膠是光敏性材料，分為正膠和負膠。在實驗室我體驗了塗膠並將其甩勻的過程，如下所示：

首先把晶圓放在圓柱形底盤上，然後擠上適量的光刻膠，啟動轉盤，然後光刻膠就會被均勻的塗抹。之後我記得是把晶圓放在一個機器上，先對準，對準完了之後啟動那臺機器進行光刻，結束之後要衝洗顯影等步驟。

金屬化

金屬化指的是金屬及金屬性材料在IC中的應用。按照功能劃分，金屬化可以分為柵材料，互聯線材料，接觸材料以及填充材料。現代積體電路對金屬化的要求與很多，電阻率要低，能傳導高電流密度，粘附性好，能夠粘附下層襯底實現很好的電連線，半導體與金屬連線時接觸電阻低。易於澱積，容易成膜，易於圖形化，對下層襯底有高選擇比，易於平坦化，可靠性高，延展性好，抗點遷徙能力強，抗腐蝕性好，應力低，以減小矽片的翹曲，避免金屬線斷裂、空洞。

金屬化材料分為金屬材料和金屬性材料。常用的金屬材料有Al、Cu、Pt、Au、W、Mo等，常用的金屬性材料包括摻雜的多晶矽，金屬矽化物和金屬合金。

若干工藝流程之後，得到的晶圓如下所示，下邊的分別是我用手機拍攝的，可以看到不是很清楚。最終的晶圓圖：

用電子顯微鏡觀察一下，是這樣的:

顯微鏡下則看的更為清楚，每個器件都能看到清晰的輪廓，至此，本次流程差不多也結束了。

上述只介紹了第一次光刻流程，在實際的製造中會有非常多的光刻次數，每進行光刻一次，就需要一個迴圈。而且上述的製程量級和當今頂尖的7nm，5nm不是一個層次的。

作為普通百姓瞭解那麼專業的東西其實沒有必要。

這幾天看到美國卡我們的晶片和工業軟體，好多網友呼籲集中全國力量開發。但是，歷史上有過類似的教訓。

上世紀，也是帝國主義卡我們脖子，為了迅速“趕英超美”，我們舉全國之力大鍊鋼鐵，最後的結果大家都知道了。

但是改革開放後，再也沒有舉全國之力搞鋼鐵，但是鋼產量卻世界第一。

羅馬不是一天建成的，做任何事情都要按規律辦事，違反規律必然收到懲罰。