两张图,了解半导体制造工艺

电子技术设计 2025-09-06 08:30
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来源:Andreas Bier 瑞萨电子 
半导体制造涉及一系列复杂的工艺过程,从而将原材料转化为最终的成品元件。该工艺通常包括四个主要阶段:晶片制造、晶片测试组装或封装以及最终测试。每个阶段都有其独特的攻坚点和机遇。而其制造工艺也面临着包括成本、复杂多样性和产量在内的诸多挑战,但也为创新和发展带来了巨大的机遇。
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半导体晶圆制造的主要过程: 1)晶圆制备,2)图案转移,3)材质掺杂,4)沉积,5)蚀刻,6)封装。

制造半导体的过程可以分为几个关键步骤。

第一步是晶圆制备。选择硅晶片作为半导体工艺的起始材料。清洗、抛光晶圆,并准备用作制造电子元件的衬底。

第二步是图案化。在这一过程中,使用称为光刻的工艺在硅晶片上创建图案。将一层抗腐蚀的光刻胶施加到晶片表面,然后将掩模放置在晶片顶部。掩模上具有对应的相关预制造的电子元件的图案。然后使用紫外光将图案从掩模转移到光刻胶层上。曝光的光刻胶区域随后被去除,最终在晶片上留下图案化的表面。

第三步是材质掺杂。在这个步骤中,材质被添加到硅晶片中以改变其电特性。最常用的材质是硼或磷,少量加入可以分别产生p型或n型的半导体。这些材质是通过一种称为离子注入的工艺,利用离子加速,将被加速的离子注入到晶片的表面。

第四步是晶片沉积处理。在这个制作过程中,薄膜材料被沉积在晶片上以生成电子元件。这可以通过多种技术来实现,包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)和原子层沉积(ALD)。这些工艺可用于沉积金属、氧化物和氮化物等材料。

第五步是蚀刻。从晶片表面去除部分材质,以产生电子元件所需的形状和结构。可以使用多种技术来进行蚀刻,包括湿式蚀刻、干式蚀刻和等离子蚀刻。这些工艺使用化学物质或等离子体从晶片上选择性地去除特定的材质。

最后一步是封装。电子元件被封装成可用于电子设备的最终产品。这包括将元件连接到诸如印刷电路板的基板上,然后使用导线或其他方式将它们连接到其他元件上。半导体工艺非常复杂,涉及各种专用设备和材料。这些工艺对于现代电子设备的制造是必不可少的,并且随着新技术的迭代而不断发展。

通常,生产半导体芯片的过程需要几周到几个月的时间。从第一阶段开始,需要制造一个硅片,作为芯片的衬底。此工艺通常包括如下过程,清洗、沉积、光刻、蚀刻和掺质。晶片可能需要经受数百个不同的工艺加工,所以,整个晶片制造过程可能要花费长达16 - 18周的时间。

当在晶圆上制造出独立的单一芯片,就需要将它们分离并封装成独立的单元。同时包括测试每个芯片以确保其符合规格要求,然后将其从晶圆上分离并安装到封装或基板上。芯片封装后,会经过严格的测试过程,以确保它们符合质量标准并达到预期的功能。这包括运行电子测试、功能测试和其他类型的验证测试,以识别任何缺陷或问题。这也取决于芯片的复杂程度和所需的测试要求,所以这一封装和测试过程可能需要8-10周的时间。

总而言之,生产半导体芯片的整个过程可能需要几周或几个月的时间,其因是它取决于所使用的相关技术和芯片的设计复杂程度。
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半导体器件制造中主要工艺的步骤及概要:1) p型衬底晶片,2)热氧化,3)光刻,4)氧化物蚀刻,5) n+离子注入,6)热氧化,7)栅极光刻,8)栅极氧化物蚀刻,9)金属沉积,10)金属接触光刻,11)金属蚀刻,12)定型元件。
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