半导体制造工艺流程概览与氧化半岛·体育中国官方网站平台登陆

　　半岛综合体育半导体元件制造过程可分为前段制程（包括晶圆处理制程、晶圆针测制程）；还有后段（包括封装、测试制程）。

　　一般来说，我们所知道的半导体制造的八大工艺分别为：晶圆制造、氧化、光刻、沉积、金属布线、测试和封装。但这八大工艺不能一概而论半岛·体育中国官方网站平台登陆，如上图所示，严格来说，其实晶圆制造并不是在半导体制造工厂内完成的。此外，金属布线、封装和测试，与光刻、刻蚀、沉积等只有单一步骤的工艺不同，是对某个有特定目的的作业流程的统称。

　　无论在特气制备、包装运输还是在IC制程使用中，都要始终保持其洁净度。国标文件中对出厂的半导体气体的颗粒纯净度要求是99.99%，而实际上IC制程制程工艺中对气体纯度的要求远高于这个数字，最先进的工艺环节已经要求到99.999999%。

　　晶圆处理制程，主要工作为在硅晶圆上制作电路与电子元件（如电晶体、电容体、逻辑闸等），为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程 ，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需处理步骤可达数百道，而其所需加工机台先进且昂贵，动辄数千万一台，其所需制造环境为为一温度、湿度与 含尘（Particle）均需控制的无尘室（Clean-Room），虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关；不过其基本处理步骤通常是晶圆先经过适 当的清洗（Cleaning）之後，接著进行氧化（Oxidation）及沈积，最後进行微影、蚀刻及离子植入等反覆步骤，以完成晶圆上电路的加工与制作。

　　晶圆针测制程是在制造好晶圆之后，晶圆上即形成一格格的小格，我们称之为晶方或者晶粒（DIE），在一般的情形下，同一片晶圆上皆制作相同的精品，但是也有可能在同一片晶圆上制作不同规格的产品；这些晶圆必须通过晶片允收测试，晶粒将会一一经过针测（PROBE）仪器以测试其电气特性，而不合格的晶粒将会被标上记号（INK DOT），此程序即称之为晶圆针测制程。然后晶圆将以晶粒为单位分割成独立的晶粒。

　　IC封装制程是利用塑膠或陶瓷包裝晶粒与配线以成集成电路；目的是为了制造出所生产的电路的保护层，避免电路收到机械性刮伤或是高温破坏。而后段的测试则是对封装好的芯片进行测试，以保证其良率。

　　从上图可以看出，半导体工艺制程是从下至上的。这一过程并非像堆积木一样简单地把均匀的物质堆积起来就可以。为了把形状各异的物质在半导体内变成均匀的物质，需要经过多道处理工艺，如不需要的部分就要削减掉，需要的部分还要裹上特定物质等。在这一过程中，还会使用各种反应性很强的化学物质，如果化学物质接触到不应接触的部分，就会影响到半导体制造的顺利进行。而且，半导体内还有一些物质，一旦相互接触就会产生短路。

　　氧化工艺就是在硅晶圆上生成一层保护膜。硅（Si）和氧气反应就会形成玻璃（SiO2）.在我们的日常生活中也能感受到，玻璃具有较高的化学稳定性，常用作各种饮料甚至盐酸、硫酸等各种化学药品的容器。在半导体制作过程中，通过氧化工艺形成的氧化膜也同样具有稳定性。它可以防止其它物质的穿透，因此在离子注入工艺中非常实用。

　　氧化膜还可以用于阻止电路间电流的流动，MOSFET结构的核心就是栅极（Gate）。MOSFET与BJT晶体管不同，栅极不与电流沟道（S与D的中间部分）直接接触半岛·体育中国官方网站平台登陆，只是“间接”发挥作用。这也是MOSFET不运作时，电力消耗小的原因。MOSFET通过氧化膜隔绝栅极与电流沟道，这种氧化膜被称为栅氧化层（Gate Oxide）。随着最近推出的先进半导体产品体积逐渐变小，它们也会采用 HKMG等各种栅极绝缘层来取代氧化膜半岛·体育中国官方网站平台登陆。

　　栅极（G）与电流沟道（S-D中间）的隔绝物质（红框部分）。过去使用二氧化硅（SiO₂）作为绝缘膜

　　可用作保护膜的并非只有SIO2一种物质，还可以通过沉积方式覆盖保护膜，或者使用部分已形成的电路作为保护。

　　氧化工艺使用的是晶圆的组成物质，即通过氧化晶圆的大量硅原子形成保护膜，这一点与后面的“沉积”工艺有所不同。

　　湿法氧化采用晶圆与高温水蒸气（水）反应的方式生成氧化膜，化学方程式如下：

　　这一化学方程式可以简单理解为用高温水让晶圆表面生锈。湿法氧化，虽然氧化膜生长速度快，但其氧化层整体的均匀度和密度较低。而且，反应过程中还会产生氢气等副产物。由于湿法氧化过程的特性难以控制，在对半导体性能而言至关重要的核心领域中无法使用该方法。

　　干法氧化则采用高温纯氧与晶圆直接放音的方式。氧分子比水分子中（32VS18），渗入晶圆内部的速度相对较慢。因此，相比湿法氧化，干法氧化的氧化膜生长速度更慢，但干法氧化的优点在于不会产生副产物（H2）,且氧化膜的均匀度和密度均较高。正是考虑到这种优点，我们在生产对半导体性能影响重大的栅极氧化膜时，会选用干法氧化的方式。

　　自由基氧化与前两种不同：湿法与干法氧化都是通过提高自然气体的温度来提升其能量，从而促使气体与晶圆表面发生反应。自由基氧化则多一道工艺，即在高温条件下把氧原子和氢分子混合在一起，形成化学反应活性极强的自由基气体，再使自由基气体与晶圆进行反应。由于自由基的化学活性极强，自由基氧化不完全反应的可能性极小。因此，相比干法氧化，该方法可以形成更好的氧化膜。

　　此外半岛·体育中国官方网站平台登陆，采用自由基氧化可以在很难形成氧化膜的圆化顶角上形成均匀的氧化膜，在反应活性较弱的氮化硅（Si₃N₄）*中也能“夺取”硅原子，发生氧化反应。

　　随着半导体微细化难度的增加，半导体公司纷纷开始在半导体内引进三维式结构。因此，能否生成厚度均匀的高品质保护膜变得越来越关键，氧化工艺也更加重要。

　　通过气体主入口进入氧化设备的反应气体，在被加热后，与晶圆发生氧化反应。为减少正面接触气体的部分与稍后接触气体的部分间的氧化程度差异，晶圆中掺杂着假片（Dummy Wafer），以利用它们作为牺牲晶片来调整气体的均匀度。

　　从上图也可以看出半岛·体育中国官方网站平台登陆，氧化工艺是把数十张晶圆同时放入进行氧化，可见氧化速度是非常之快的。

　　以上我们主要讲了半导体工艺的概览以及氧化工艺，随着半导体国内外市场需求扩大，特气的用量会进一步扩大，对特气的品质要求也会越来越高。

　　特气输送系统安全稳定运行是半导体厂商今后发展不能忽视的环节。在特气输送系统进行设计时，要全面考虑安全问题，尽量实现设备自动化，减少人工操作。在特气输送系统构建时，做到严格按照安装要求进行施工管理，特气设备运行后，进行有效的运行管理，特气泄漏风险将能极大的降低。