半导体生产流程8页
第 1 页 半导体生产流程 所谓的半导体，是指在某些情况下，能够导通电流，而在某些条件下，又具有绝缘体效用的物质；而至于所谓的IC，则是指在一半导体基板上，利用氧化、蚀刻、扩散等方法，将众多电子电路组成各式二极管、晶体管等电子组件，作在一微小面积上，以完成某一特定逻辑功能（例如：AND、OR、NAND等），进而达成预先设定好的电路功能。自1947年12月23日第一个晶体管在美国的贝尔实验室(BellLab)被发明出来，结束了真空管的时代，到1958年TI开发出全球第一颗IC成功，又意谓宣告晶体管的时代结束，IC的时代正式开始。从此开始各式IC不断被开发出来，集积度也不断提升。从小型集成电路（SSI），每颗IC包含10颗晶体管的时代；一路发展MSI、LSI、VLSI、ULSI；再到今天，短短50年时间，包含千万个以上晶体管的集成电路已经被大量生产，并应用到我们的生活的各领域中来，为我们的生活带来飞速的发展。不能想象离开半导体产业我们的生活将会怎样，半导体技术的发展状况已成为一个国家的技术状况的重要指针，电子技术也成为一个国家提高国防能力的重要途径。 半导产品类别 目前的半导体产品可分为集成电路、分离式组件、光电半导体等三种。 集成电路(IC)，是将一电路设计，包括线路及电子组件，做在一片硅芯片上，使其具有处理信息的功能，有体积小、处理信息功能强的特性。依功能可将IC分为四类产品：内存IC、微组件、逻辑IC、模拟IC。 分离式半导体组件，指一般电路设计中与半导体有关的组件。常见的分离式半导体组件有晶体管、二极管、闸流体等。 第 2 页
光电式半导体，指利用半导体中电子与光子的转换效应所设计出之材料与组件。主要产品包括发光组件、受光组件、复合组件和光伏特组件等。 IC产品介绍 IC产品可分为四个种类，这些产品可细分为许多子产品，分述如下： 内存IC：顾名思义，内存IC是用来储存资料的组件，通常用在计算机、电视游乐器、电子词典上。依照其资料的持久性(电源关闭后资料是否消失)可再分为挥发性、非挥发性内存；挥发性内存包括DRAM、SRAM，非挥发性内存则大致分为MaskROM、EPROM、EEPROM、FlashMemory四种。 微组件IC：指有特殊的资料运算处理功能的组件；有三种主要产品：微处理器指微电子计算器中的操作数件，如计算机的CPU；微控制器是计算机中主机与接口中的控制系统，如声卡、影视卡...等的控制组件；数字讯号处理IC可将模拟讯号转为数字讯号，通常用于语音及通讯系统。 模拟IC：低复杂性、应用面积大、整合性低、流通性高是此类产品的特色，通常用来作为语言及音乐IC、电源管理与处理的组件。 逻辑IC：为了特殊信息处理功能(不同于其它IC用在某些固定的范畴)而设计的IC，目前较常用在电子相机、3DGame、 IC产业 IC的制造可由上游至下游分为三种工业，一是与IC的制造有直接关系的工业、包括晶圆制造业、IC制造业、IC封装业；二是辅助IC制造的工业，包括IC设计、光罩制造、IC测试、化学品、导线架工业；三是提供IC制造支持的产业，如设备、仪器、计算机辅助设计工具工业...等。 IC（集成电路）制作过程简介 第 3 页
集成电路的生产过程极其复杂，习惯上将其分为前置作业，电路的制作，晶圆及晶粒测试和后段的封装测试等。因为IC是由很多的电路集合而成的，而这些电路组件和线路是以晶圆为基础并以层状分布的，制造过程也是一层层的建造出来的，类似于建楼房的过程。 其中前置作业类似于楼房的设计和建造地基，包括电路的设计、光罩设计和晶圆的制作，电路设计即是根据使用的要求设计出各层的线路和架够，光罩设计则类似于照像底片，依靠其将设计好的电路印到芯片上，而制作硅晶圆就是将硅晶体通过加热熔化，再用一定的方法拉成晶棒，并切片、研磨成符合要求的芯片的过程。 电路制作是在硅片的基础上制成一层层的电路的过程，因为线路极其细微，其制造过程也就有很高的难度，生产上是使用类似照相技术的报光，显影，蚀刻，冲洗的方法来实现的（下面将做详细的介绍）。晶圆及晶粒测试是对各制造流程的结果的测试，目的是对各流程有很好的控制，并能及时的发现生产中的不良产品，尽早进行修部或剔除，以减少不良成本，经过各道测试并最终生产出来的芯片才能进入到下一道封装测试的过程。封装和测试是将功能测试良好的晶粒切割开，并封装，拉出联线再进行全面测试的过程，要经过芯片切割，粘晶，焊线，封料，切割/成形，印字，电镀，及检验等过程。直到这里，一个合格的集成电路才算制造完成。 IC制造业特性 IC制造业中，有几个不同于其它制造业的特性，分列如下： 机器的折旧占成本大部分：制造IC所用的机器设备价格高，而且汰旧快，通常采二至四年加速折旧(此为实际作法；大多数股市上市说明书第 4 页
则宣称四至八年平均折旧)，因此机器折旧的费用很高；一般说来，机器的折旧占制造成本的20%以上。 良率影响产品单位成本：晶圆上可划分为许多方块，而一个IC的线路就都做在这个方块上，再送至封装厂中切割包装，就可将这些方块制成一片片的IC；而包装好经测试可使用的IC占晶圆割下IC总数的比率称为良率。 IC的制造过程非常精密，只要在其中一步骤稍有不慎，就会使IC毁损，而成为不能使用的产品，不像其它制造业的产品，有制造过程的错误，大多只会成为品质不良的产品，非不能使用的产品；因此IC制造业的良率要较传统的工业制造良率来的低，而且变异大，不论是在品质管制及成本控制上都是一大问题；通常IC的制造中，影响良率的原因有两种： (a)晶圆的大小：在晶圆上做IC，通常边缘的部分都因晶圆的圆弧而无法做出完整的方块；晶圆的直径愈大，则其圆弧的曲度愈小，边缘要舍弃的面积占晶圆的比率也就愈小，良率就愈高；因此IC厂都在努力提升自己的制程能在更大的晶圆上做出产品。 (b)线上的管制：集成电路制造是极精密的工业，且制造环境特殊(无尘室)；在制造过程中所犯的一个小过失，影响良率的程度就很大，通常可达20%以上，因此线上的管制在集成电路制造中是很重要的。 制程复杂影响机器使用率:IC制造厂中，由于制程重复且步骤多，若制造排程不良，容易造成某些工作站忙线、有些站闲置，而使得机器设备无法充分利用；机器设备的折旧又是占了IC制造成本中的大部分，若机器使用率不高，那幺便会耗费大量的折旧成本；充分的利用机器，是IC第 5 页
制造厂管理中重要的一环。 晶圆代工 因为IC的生产过程复杂，从设计到生产的生产线长，而且生产过程的主要成本是机台的成本，固定成本高，且产品多样化，批量小，更新速度快，因此很少有厂家能从前到后的整条线生产自己的产品，而很多厂商都只是加工整个制程中的一段，再形成供应链式的组合，联合制造产品，以实现规模效应。晶圆代工就是基于此而产生的，这种企业只负责生产不进行设计，因此也可以说晶圆代工厂并没有自己的产品，传统上讲只是指wafer(晶圆)的制作过程，即是在wafer上做出一层层的电路而现在逐渐延伸出广义的晶圆代工，其除了原来晶圆制造的功能外，还包括了上游的光罩制作和下游的切割、封装、测试等过程，因此一个IC设计企业只要将自己的设计交给晶圆代工厂，便可以得到符合自己要求的IC成品， 模块制程 wafer生产的基本原理 集成电路尽管种类不同，其制程相似；差别在不同的光罩会有不同的电路图样；CVD、离子植入时投入的材料不同，会产生不同的组件，而使制造出来的IC有所差异。IC制程中，制造作业种类通常只有十多种，但由于不断重复这些作业，使得一片IC从晶圆投入到可以切割包装，要经过百次以上的制造步骤。 一个IC产品制作电路后的结构，是以芯片为基础逐层的建造起来的，上面已经提到，每一层的生产都是使用类似照相技术的报光，显影，蚀刻，冲洗的方法来实现的，因此生产过程中，每一层的制造都是几个类似的过第 6 页
程，而整个晶圆的制造就是这几个过程的重复循环，每个过程的生产都在特定的区域来完成，这些区域有：薄膜（thin-film）,黄光（photo）,蚀刻（etch）,扩散（diffusion）. 薄膜（thin-film） 薄膜区间是尘积介电质或金属层的地方，介电质是用于隔离开各层金属的多为玻璃层，而金属层是集成电路中的导线，多采用铝或铜或铝铜合金，因此介电质和金属沉积也是集成电路的制程中的重要制程。薄膜技术有物理气象沉积（包括蒸镀既借着对被蒸镀物体加热,利用被蒸镀物在高温时所具备的饱和蒸气压,来进行薄膜的沉积.和溅镀既利用电浆所产生的离子,借着离子对被溅镀物体电极的轰击,使电浆的气相内具有被镀物的粒子,来产生沈积薄膜的.）和化学气象沈积既利用化学反应的方式,在反应器内将反应物(通常为气体)生成固态的生成物,并沉积在芯片表面的一种薄膜沉积技术。 黄光（Photo） 微影技术是制造集成电路的重要之一，通过暴光和显影的程序它可以将光罩上设计的图案转移到晶圆表面的光阻上，其主要过程包括光阻涂抹，烘拷，对准，暴光及显影等程序，由于光学上的需要，此段制程之照明采用偏黄的可见光，因此习惯上将此区称为黄光区。在黄光区内，利用整合型的晶圆轨道机——步进机系统来完成这个过程，其利用紫外光线或深紫外光线来照射光阻，以引起化学反应，将设计的光罩上的图形印到晶圆或光阻上，这也是集成电路厂中最昂贵的工具，每台的价格都可达到数百万美元，因此也常成为生产中的瓶颈。
移动通信智能卡生产制造基础知识(PPT 35页)
金丝/金属条带间楔焊连接
2003年全省业务卡培训 ·山东济南
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半导体模块封装
金丝/芯片焊点间球焊连接
2003年全省业务卡培训 ·山东济南
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半导体模块封装
金丝/金属条带间楔焊连接
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半导体模块封装
完成了芯片同金属载体条带之间电连接，通过金属条带载体 实现了对芯片内微观集成电路的可宏观操作
涂胶
封胶机涂胶站
封胶后模块样品
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包封后的条带样品
半导体模块封装
涂胶工Байду номын сангаас样品
涂胶工艺磨平后样品 塑封工艺样品
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质量检验
半导体模块封装
电测试、检测
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卡片图形印刷：
版面设计
运营商指定，卡片 提供商、卡片印刷 公司共同完成
加工芯片的原材料 —— 单晶硅棒
加工完成的晶元样片
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IC设计及IC芯片制造
光刻技术原理
掩膜版图
光刻 胶
硅片
激光照射过的胶被显影除去，掩膜版上的电极图案成功地被转移到了硅 片上
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IC设计及IC芯片制造
刻蚀技术原理
光刻胶
硅片
物理和化学的共同作用，将不需要的衬底材料刻蚀除去，留下需要的电极图案
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IC设计及IC芯片制造
放大的芯片电路图形(X50SEM)
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微电子工艺流程(PDF 44页)
20、电极多晶硅的淀积
• 利用低压化学气相沉积（LPCVD ） 技 术在晶圆表面沉积多晶硅，以做为连接 导线的电极。
华中科技大学电子科学与技术系
21、电极掩膜的形成
• 涂布光刻胶在晶圆上，再利用光刻技术 将电极的区域定义出来。
华中科技大学电子科学与技术系
22、活性离子刻蚀
晶格排列。退火就是利
用热能来消除晶圆中晶
格缺陷和内应力，以恢
复晶格的完整性。同时
使注入的掺杂原子扩散
到硅原子的替代位置，
使掺杂元素产生电特
性。
华中科技大学电子科学与技术系
11、去除二氧化硅
• 利用湿法刻蚀方法去除晶圆表面的二氧化 硅。
华中科技大学电子科学与技术系
12、前置氧化
• 利用热氧化法在晶圆上形成一层薄的氧 化层，以减轻后续氮化硅沉积工艺所产 生的应力。
• 利用活性离子刻蚀技术刻蚀出多晶硅电 极结构，再将表面的光刻胶去除。
华中科技大学电子科学与技术系
23、热氧化
• 利用氧化技术，在晶圆表面形成一层氧 化层。
华中科技大学电子科学与技术系
24、NMOS源极和漏极形成
• 涂布光刻胶后，利用光刻技术形成NMOS源极与漏极 区域的屏蔽，再利用离子注入技术将砷元素注入源极 与漏极区域，而后将晶圆表面的光刻胶去除。
1. 洁净室和清洗 2. 氧化和化学气相淀积 3. 光刻和腐蚀 4. 扩散和离子注入 5. 金属连接和平面化 三. 标准CMOS工艺流程
华中科技大学电子科学与技术系
1、初始清洗
• 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的 方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始 清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法 将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘 粒， 对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。
自对准双栅制程
1.制程工艺流程图是自对准双栅制程的关键环节，需要精确控制每个步骤的参数和工艺。 2.通过优化制程工艺流程图，可以进一步提高器件的性能和可靠性。
自对准双栅制程
关键制程步骤说明
关键制程步骤说明
▪ 表面预处理
1.清洁表面：确保晶圆表面无杂质和污染物，以增强后续制程的附着性。 2.表面活化：通过化学处理活化晶圆表面，提高材料的反应活性。
1.自对准双栅制程技术已广泛应用于高性能集成电路、微波器 件、光电器件等领域。2.在未来的发展中，自对准双栅制程技 术将继续发挥重要作用，为电子产业的发展提供支持。
自对准双栅制程简介
▪ 自对准双栅制程技术发展趋势
1.随着技术的不断发展，自对准双栅制程技术将不断向更小线 宽、更高性能的方向发展。2.新材料、新工艺的引入将为自对 准双栅制程技术的发展提供更多的可能性。3.未来的自对准双 栅制程技术将更加注重与人工智能、物联网等前沿技术的融合 ，为智能社会的发展提供支持。
制程设备及其功能
退火设备
1.退火设备用于对硅片进行热处理，以改善薄膜的质量和性能，消除应力等。 2.关键参数包括温度、时间和气氛，对退火结果有重要影响。 3.退火设备需要具备精确的温度控制和气氛控制，以确保退火过程的均匀性和重复性。
清洗设备
1.清洗设备用于清洗硅片表面的污染物和残留物，保证制程的顺利进行。 2.关键参数包括清洗剂种类、浓度和清洗时间，对清洗结果有重要影响。 3.清洗设备需要具备有效的清洗和干燥功能，同时保证清洗剂的环保性和安全性。
制程中常见问题及解决方案
▪ 薄膜应力问题
1.优化薄膜沉积工艺，降低应力产生。 2.采用低应力薄膜材料，减小应力影响。 3.加强薄膜应力的监测和控制。 薄膜应力问题会导致器件变形和开裂等问题。为了解决这一问 题，可以优化薄膜沉积工艺，降低应力产生，或者采用低应力 薄膜材料，减小应力影响。同时，加强薄膜应力的监测和控制 也是非常重要的。
SMT工艺基础知识
IC有缺口标志
以原点做标志
以横杠做标志
以文字做标志
松下电器机电（中国）有限公司 课 CSE 制
（一）SMT生产管理必备基础知识1-电子元件认知
电阻误差 ±0.5%
±1%
F/G ±1.0PF ±2%
J ±5% ±5%
K
M
Z
±10%
±20% +80%-20%
±10% 松下电器±机2电0%（中国）有+限8公0%司-C20SE%课 制
（一）SMT生产管理必备基础知识1-电子元件认知
Panasonic
5页
1.4表面贴装元件的包装和料盘标签说明
元件包装的种类是多样的，有：纸编带、塑料编带、粘着式编带、Tray盘和管状料。
松下电器机电（中国）有限公司 课 CSE 制
（一）SMT生产管理必备基础知识3-焊膏材料的简介和管理的要点
Panasonic
12页
3.2焊膏管理的要点
1）焊膏购买到货后，需登记到达时间、保质期和型号，并未焊膏罐贴上编号。
2）焊膏应以密封的方式存放在恒温、恒湿的冰箱内。【注：温度过高，阻焊剂易于合 金粉末发生化学反应；温度过低（<0），阻焊剂中的松香会产生结晶，使焊膏品质恶 化】
钽电容（Capacitor Tantalum）
电阻（Resistor）
电容（Capacitor）
有源器件主要包括半导体封装元器件（封装形式：陶瓷和塑料）。如：小外形晶体管SOT、小外形集 成电路SOIC、塑料有引脚芯片载体PLCC…。如下图示：
半导体的基本 知识
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第二节 半导体二极管
• 二、二极管的结构和符号 • 将PN结的两个区，即P区和N区分别加上相应的电极引线引出，并
用管壳将PN结封装起来就构成了半导体二极管，其结构与图形符号 如图6一1所示，常见外形如图6一2所示。从P区引出的电极为阳极 (或正极)，从N区引出的电极为阴极(或负极)，并分别用A,K表示。 • 三、二极管的伏安特性 • 二极管的主要特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图6一3所示(以 正极到负极为参考方向)。 • 1.正向特性 • 外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电队，几乎没有正向电流通 过。曲线OA段(或OA‘段)称作死区，A点(或A‘点)的电压称为死区电 压，硅管的死区电压一般为0. 5 V，锗管则约为0. 1 V 。
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第一节 半导体的基本知识
• 电阻是随着温度的上升而降低的。这是半导体现象的首次发现。 1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照 下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发 现的半导体的第二个特征。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫 化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端 加一个正向电压，它是导通的;如果把电压极性反过来，它就不导电， 这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年， 舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。1873年，英国的史密斯发 现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特 有的性质。
生产工艺流程教材PPT课件
七、QC控制点：
1、贴片(机贴、手贴)
① 检查各元件是否有错件、少贴、多贴、偏位、极性错现象； ② 检查芯片的方向是否有误，芯片脚是否偏位； ③按照SOP、BOM单对各元件进行容值、阻值的核对； ④ 卡类产品检查金手指上是否有锡膏，如有则须用纯棉 净布擦拭干净，方可流入下 一工位。
2、贴补
①检查各 贴片元件是否有翘件、虚焊、连焊等现象； ② 焊点是否氧化； ③ IC脚是否与焊盘移位； ④ 金手指正、反面上是否有锡膏。
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ⅳ.晶振与钟振
1. 晶振：用符号“Y”表示，有50MHZ、25MHZ、20MHZ等型号
2. 钟振：有100MHZ、50MHZ、75MHZ等型号。 3. 钟振的方向：钟振上的小圆点所对应的脚为第一脚，应与PCB
上的方孔相对应。 4. 晶振与钟振的区别:
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第一章：流程图
1.1 整机类流程
图
机贴/ 手贴
回流焊
回流焊 贴补
插件
波峰焊 插补
裸机测试
装配
老化
整机测试
包装
1.2 卡类流程图
机贴/ 手贴
回流焊 贴补
回流焊
清洗
插件 波峰焊插补
测试 免洗
包装
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2.1 网卡/内置MODEM 供应商 工艺流程图
资材处
物料 IQC检验
插件 QC
入库 领备料 SMT贴片
A、前QC
１． 检查元件是否浮高，是否损伤，有无少件； ２． 若有浮高元件，将其在小锡炉上压平。
Ｂ、贴片ＱＣ：
１．检查贴片元件有无少件、连焊、漏焊及不规范的焊点； ２．对不良的 焊点进行修补；
半导体的基本知识_电子技术基础（第3版）_[共8页]
半导体器件是在20世纪50年代初发展起来的电子器件，具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、功率转换效率高等优点。
现代化的电子设备都是以半导体器件和集成电路为基础的，因此半导体器件是近代电子学的重要组成部分。
半导体器件中，二极管、晶体管和场效应管等，是构成集成电路的基本单元，被广泛应用在各种电子电路中。
近年来，集成电路特别是大规模和超大规模集成电路的出现，使各种工业自动控制设备和电子设备在微型化、可靠性等方面大步前进。
为了正确和有效地运用半导体器件，相关工程技术人员必须首先对半导体器件及其工作原理和性能有一个基本的认识。
学习目的和要求了解本征半导体、P型和N型半导体的特征及PN结的形成过程。
熟悉二极管的伏安特性及其分类、用途；理解三极管的电流放大原理，掌握其输入和输出特性的分析方法；理解双极型和单极型三极管在控制原理上的区别；初步掌握工程技术人员必须具备的分析电子电路的基本理论、基本知识和基本技能。
1.1 半导体的基本知识学习目标了解导体、绝缘体和半导体的概念以及不同物质结构间的区别；熟悉本征半导体的光敏性、热敏性和掺杂性；了解本征激发、复合的概念；理解P型和N型两类半导体的形成，掌握其特点；重点理解和掌握PN结的单向导电特性。
1．导体、半导体和绝缘体自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。
原子又由一个带正电的原子核和在它周围高速旋转着的、带有负电的核外电子组成。
不同原子的内部结构和它周围的电子数电子技术基础（第3版）2量各不相同。
物质原子最外层电子数量的多少，往往决定该种物质的导电性能。
按照物质导电性能的不同，自然界的物质大体可分为三大类。
（1）导体最外层电子数通常是1～3个，且距原子核较远，受原子核的束缚力较小。
由于外界影响，最外层电子获得一定能量后，极易挣脱原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。
因此，导体在常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。
导体的物质结构如图1.1（a）所示。