半導體製程2023詳解!(持續更新)

Posted by Ben on August 17, 2019

半導體製程

以台灣來看,強攻第三代半導體的集團分別有中美晶集團、漢民集團、廣運集團。 環球晶、漢民科技、穩晟科技以及廣運集團去年和子公司太極成立「盛新材料」跨足 SiC 基板領域;台積電、世界先進、穩懋、宏捷科、環宇-KY、漢民子公司漢磊及嘉晶專攻磊晶技術與代工業務。 目前 SiC 基板主要由 Cree、II-VI、英飛凌(Infineon)、意法半導體(STM)、ROHM、三菱電機(Mitsubishi)、富士電機(Fuji Electric)等國際大廠主導,以 6 吋或 8 吋晶圓為主;台廠則以 4 吋為主,6 吋晶圓技術尚未規模化生產。

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不是,使用的荷蘭 ASML 的 DUV 微影曝光設備,跟同時代的台積電微影曝光設備相同,沒有任何國產化。 不是,中芯國際在 2021 年就幫國產某礦機出貨 7nm 晶片,這次幫華為是同一個世代 (N+2) 的製程技術。 因此,CoWoS 的意思就是把晶片堆疊起來,並封裝在基板上,並根據排列的形式,分為 2.5D 與 3D 兩種,此封裝技術的好處是能夠減少晶片的空間,同時還能減少功耗與成本。 先前在半導體介紹中提到,電晶體上的閘極寬度代表半導體製程的進步程度,稱「閘極線寬」,當線寬越小,表示同樣面積下,電晶體密度越高,效能也就越好。 第三代半導體生產成本高昂,放量生產仍有難度,現階段國內外廠商都朝著策略結盟,透過加強上下游垂直整合能力,將良率提升、降低成本,最終量產。 此外,SiC 基板原料大多仰賴國外進口,但許多國家將 SiC 材料視為戰略性資源,台廠要取得相對困難,原料價格也高;相較於 SiC、GaN-on-Si 可用於車用市場和快充,GaN-on-SiC 應用方向不夠明確,因此全力投入開發仍需要一段時間。

半導體製程: 中秋送禮員工難討好、客戶意見多 電子禮券業者出招搶送禮商機

植入後須馬上退火以活化晶體中的參質離子,所有製成都在高真空環境實施。 相較於熱擴散,在寬廣濃度範圍,均能有精確控制植入參質數目的能力,且均一性佳、參質穿透深度控制良好、低溫製程,缺點是高能離子進入晶體並和基板碰撞時,有的矽原子從晶格中錯位,稱輻射損壞(radiation damage),可用高溫退火修復。 雖然西門子製程已經發明已久且消耗成本龐大,但是現今仍然沒有發展出能夠產出相當或超過西門子製程產出之純度99.999%以上之矽的製程,所以現在約75%半導體廠還是使用西門子製程。 在 IC 晶片「輕、薄、短、小、高功能」的要求下,亦使得封裝技術需要不斷演進,以符合電子產品的需要。 在 Tape-out 之前都還算是設計階段,所以是交給 Design House 進行設計,這階段每家公司擅長的領域各自不同,而 Tape-out 之後則是將完全沒有問題的 IC 設計圖交給 IC 製造公司進行生產。

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研磨晶圓背面使基板厚度降低,並貼上乙酸乙酯膠帶防止切割時產生移位,在沿切割線(scribe line)切割晶圓,分離每個晶粒,再將晶粒黏於封裝體內,並作金屬打線。 由於測試是半導體 IC 製程的最後一站,所以許多客戶將測試廠當作他們的成品倉庫,降低庫存管理等成本,同時減少不必要的搬運成本,這就是測試廠所提供的 Door to Door 服務,幫助客戶將測試完成品送至客戶指定的地方。 測試製程是於 IC 封裝後,測試產品的電性功能,以保證出廠的 IC 在功能上的完整性,並對已測試的產品,依其電性功能作分類(即分 Bin),作為 IC 不同等級產品的評價依據。 陶瓷封裝成本高,組裝不易自動化,反觀塑膠封裝的品質及技術不斷提升,因此已盡量避免使用陶瓷封裝,但陶瓷封裝有極佳的散熱能力、可靠度及氣密性,並可提供高輸出入接腳數,因此高功率及高可靠度的產品,如 CPU、航太、軍事等產品,仍會採用陶瓷封裝。 封裝的材料主要可分為塑膠(plastic)、陶瓷(ceramic)和金屬三種,封裝材質要注意散熱和絕緣能力,目前商業應用以塑膠封裝為主。

半導體製程: ➡️ STEP2. 晶圓 wafer 製作

和本征半導體的價電子比起來,施體電子躍遷至導帶所需的能量較低,比較容易在半導體材料的晶格中移動,產生電流。 雖然施體電子獲得能量會躍遷至導帶,但並不會和本征半導體一樣留下一個電洞,施體原子在失去了電子後只會固定在半導體材料的晶格中。 半導體製程 因此這種因為摻雜而獲得多餘電子提供傳導的半導體稱為n型半導體,n代表帶負電荷的電子。 和本徵半導體的價電子比起來,施體電子躍遷至導帶所需的能量較低,比較容易在半導體材料的晶格中移動,產生電流。 雖然施體電子獲得能量會躍遷至導帶,但並不會和本徵半導體一樣留下一個電洞,施體原子在失去了電子後只會固定在半導體材料的晶格中。 SEM-CL技術利用電子束對樣品表面進行能量激發,由於缺陷和基板的能態差異,導致放出不同波長的光子,這種光子被捕獲並清楚地顯示了磊晶中產生的缺陷。

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電子和電洞的等效質量不相等,這也造成了兩者的遷移率不同,進而讓「N-通道」和「P-通道」的金屬氧化物半導體場效電晶體導電性不同。 半導體製程 在絕對零度時,材料內電子的最高能量即為費米能階,當溫度高於絕對零度時,費米能階為所有能階中,被電子占據機率等於0.5的能階。 半導體材料內電子能量分布為溫度的函數也使其導電特性受到溫度很大的影響,當溫度很低時,可以跳到導電帶的電子較少,因此導電性也會變得較差。 一般半導體材料的能隙約為1至3電子伏特,介於導體和絕緣體之間。 因此只要給予適當條件的能量激發,或是改變其能隙之間距,此材料就能導電。

半導體製程: 半導體產業下游:IC 封測產業鏈

第三代半導體是目前高科技領域最熱門的話題,在 5G、電動車、再生能源、工業 半導體製程 4.0 發展中扮演不可或缺的角色,即使常聽到這些消息,相信許多人對它仍一知半解,好比第三代半導體到底是什麼? 對此,本系列專題將用最淺顯易懂、最全方位的角度,帶你了解這個足以影響科技產業未來的關鍵技術。 為了滿足量產上的需求,半導體的電性必須是可預測並且穩定的,因此包括摻雜物的純度以及半導體晶格結構的品質都必須嚴格要求。 常見的品質問題包括晶格的位错(dislocation)、孪晶面(twins)或是堆垛层错(英语:Stacking-fault 半導體製程 energy)(stacking fault)[8] 都會影響半導體材料的特性。 對於一個半導體元件而言,材料晶格的缺陷(晶体缺陷)通常是影響元件性能的主因。 材料中载流子(carrier)的数量对半导体的导电特性极为重要。

  • 像是:英特爾(Intel)、德州儀器(Texas Instruments)、三星(Samsung)。
  • 矽晶柱切割成晶圓→薄膜沉積→塗上光阻劑→微影成像→顯影→蝕刻→移除光阻→切割封裝成晶片。
  • 而沒有和被摻雜材料原子產生共價鍵的電子則會被施體原子微弱地束縛住,這個電子又稱為施體電子。
  • 這種過程是製造發光二極體以及半導體雷射的基礎,在商業應用上都有舉足輕重的地位。
  • 我們看到的晶片都超小一個,但電路設計圖很大一張,所以要透過光學原理,利用「光罩」和「紫外光」把電路縮小、轉印到晶圓上。
  • 在有限溫度,由熱激發產生的導電帶電子和價電帶電洞使得導電帶和價電帶都未被填滿,因而在外電場下可以觀測到宏觀凈電流。

半导体器件可以通过结构和材料上的设计达到控制电流传输的目的,并以此为基础构建各种处理不同信号的电路。 當只有三個價電子的三價元素如硼摻雜至矽半導體中時,硼扮演的即是受體的角色,摻雜了硼的矽半導體就是p型半導體。 反過來說,如果五價元素如磷摻雜至矽半導體時,磷扮演施體的角色,摻雜磷的矽半導體成為n型半導體。 半導體(德語:Halbleiter, 半導體製程 英語:Semiconductor, 法語:Semi-conducteur)是一种电导率在绝缘体至导体之间的物质或材料。 半导体在某个温度范围内,随温度升高而增加电荷载流子的浓度,使得电导率上升、电阻率下降;在绝对零度时,成为绝缘体。 依有无加入掺杂剂,半导体可分为:本征半导体、杂质半导体(n型半导体、p型半导体)。

半導體製程: 晶圓製造流程圖

蝕刻面積大會稀釋濃度,速率變慢,蝕刻面積小,速率快,此現象稱負載效應。 曝光後烘烤對化學放大(chemical amplify)的DUV光阻是必要的,以活化光阻的化學反應,對傳統的DNQ化學品的i-line光阻而言,PEB可改善黏著度和減少駐波效應。 減少駐波效應是因溫度增加使光阻中的 PAC sensitizer從novolak高分子聚合物裡擴散出來,在駐波邊界產生平均效應。 進入軟烤,去除大部分溶劑,改善附著性,提升光阻均勻性,以獲得較佳線寬。 程序是將晶圓放在熱墊板上加熱,溫度90~100°C,加熱30秒。

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當成功把設計圖上的電路,弄到晶圓上形成 IC 後,接著就是要「測試」和「封裝」。 也就是要測試這些 IC 能不能用,然後把晶圓上的 IC 切下來變成一片一片的裸晶/晶粒,因為這些裸晶很脆弱,如果 IC 經過測試後是能用的,就要用外殼把它包起來保護好,也就是封裝,成為最終的成品「晶片」。 紫外光照射的過程中,沒有被光罩擋住的地方,紫外光會照射到光阻上,把光阻破壞,除去這些被破壞的光阻後,透過蝕刻,把沒有受光阻保護的金屬薄膜清除掉,剩下來的金屬薄膜就是設計圖上的電路了,這樣一來就已經把電路圖弄到晶圓上,最後再把留下來的金屬薄膜上方的光阻去除。 既然是要把電路圖弄到晶圓上,首先當然要有「晶圓」,如果自己沒有生產晶圓,生產晶片的「晶圓代工廠」,就要先跟生產晶圓的「晶圓廠」拿到「晶圓」;而電路設計圖我們已經知道是從 ic設計公司那邊拿來。 華為麒麟 9000S 行動處理器引起討論,因美中貿易戰後,首次有晶圓代工廠為華為代工晶片,且還是先進製程 5 奈米。 是否意味中國晶片生產突破美國封鎖,從此中國半導體生產大步前進?

半導體製程: 測試製程

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。 倉佑成立逾38年以來,聚焦深耕在各項自動變速箱、重型卡車離合器、與產業機械等傳動系統的關鍵零組件,營收比重逾七成主要來自於汽車產業中之OEM、AM/OES市場領域,全球客戶包括BorgWarner、Valeo、Magna等。 中國媒體稱為「以 4G 技術,達 5G 半導體製程 速度」的華為麒麟 9000S 行動處理器,29 日搭載於華為 Mate 60 Pro 手機,不開發表會、不提前宣傳直接開賣,售價 6,999 人民幣,掀起消費者熱烈討論。 你可以視需求選取個別單元進行學習,也可以直接深入學習整套課程。 另外,SiC 本身是「同質磊晶」技術,所以品質好、元件可靠度佳,這也是電動車選擇使用它的主因,加上又是垂直元件,因此功率密度高。

「沒有工廠」的 ic設計公司,只負責晶片的電路設計和銷售,將生產、測試、封裝等環節外包。 像是:聯發科、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)。 拿到晶圓後,要先在晶圓表面鍍上一層金屬薄膜,那層薄膜的材料就稱為「靶材」(Target),而這層薄膜最終會形成電路。 這整個流程如果每個環節都自己來,是很費時費力的,所以有些 ic設計廠商,只把完整的「功能單元」(Function Unit)或「區塊」(Block)設計好,而不把晶片做出來,以授權的方式販賣給他人使用,使用者只要支付「授權費」(License Fee)就可以使用這些設計圖。 也就是只賣設計圖或指令架構、不販售自己的晶片,稱為「矽智財 (SIP)供應商」,例如:ARM。

半導體製程: 晶圓代工/封測廠(Foundry / Assembly and Test)

第四步是n井離子植入,晶圓上有光阻塗蓋的地方可對離子植入做保護,高能正離子從光阻之窗口或開口穿透入磊晶層表面。 第五步是退火(anneal),金屬加熱再冷卻,以增加延展性和韌性。 接下來會進行矽晶錠的修剪、端點移除、直徑研磨,使矽晶錠變成工整的圓柱體,再形成主平面(flat grinding)以及晶圓切片(wafer slicing),就製造出一片片有缺口的圓形晶圓薄片。 隨後要進行邊角磨光(edge 半導體製程 rounding),把邊緣打圓使受力分散,降低因邊緣碰撞造成晶圓損害的可能性。 然後會進行晶圓表面的研磨(lapping)和蝕刻(wafer etching)清除雜質,再進行表面的拋光(polishing),最後進入晶圓檢視。 最主要的化合物半導體為III-V族,如砷化鎵(GaAs),砷化鎵半導體的優點有電子移動速度快,縮減其寄生電容、降低訊號訊號失真、高電阻率、抗輻射能力佳,缺點為缺乏自然氧化層,因而限制MOS元件發展,且材質脆弱、含量少。

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當線寬遠高於10微米時,純淨度還不像今天的元件生產中那樣至關緊要。 今天,工廠內是加壓過濾空氣,來去除哪怕那些可能留在晶片上並形成缺陷的最小的粒子。 半導體製造產線裡的工人被要求穿著無塵衣來保護元件不被人類污染。 半導體製程為 矽晶柱切割成晶圓→薄膜沉積→塗上光阻劑→微影成像→顯影→蝕刻→移除光阻→切割封裝成晶片。

半導體製程: WINner✪穩懋半導體,5G世代夯✪ 製程工程師 (華亞/龜山廠)

半導體製程是被用於製造晶片,一種日常使用的電氣和電子元件中積體電路的處理製程。 它是一系列照相和化學處理步驟,在其中電子電路逐漸形成在使用純半導體材料製作的晶片上。 從一開始晶圓加工,到晶片封裝測試,直到出貨,通常需要6到8周,並且是在晶圓廠內完成。 半導體中的電子所具有的能量被限制在基態與自由電子之間的幾個能帶裡,在能帶內部電子能量處於準連續狀態,而能帶之間則有帶隙相隔開,電子不能處於帶隙內。 當電子在基態時,相當於此電子被束縛在原子核附近;而相反地,如果電子具備了自由電子所需要的能量,那麼就能完全離開此材料。 每個能帶都有數個相對應的量子態,而這些量子態中,能量較低的都已經被電子所填滿。



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