超大規模集成電路生產工藝流程

現今世界上超大規模集成電路廠（Integrated Circuit， 簡稱IC，臺灣稱之為晶圓廠）主要集中分布於美國、日本、西歐、新加坡及臺灣等少數發達國家和地區，其中臺灣地區佔有舉足輕重的地位。但由於近年來臺灣地區歷經地震、金融危機、政府更迭等一系列事件影響，使得本來就存在資源匱乏、市場狹小、人心浮動的臺灣島更加動蕩不安，於是就引發了一場晶圓廠外遷的風潮。而具有幅員遼闊、資源充足、巨大潛在市場、充沛的人力資源供給等方面優勢的祖國大陸當然順理成章地成為了其首選的遷往地。 

晶圓廠所生產的產品實際上包括兩大部分：晶圓切片（也簡稱為晶圓）和超大規模集成電路晶片（可簡稱為晶片）。前者只是一片像鏡子一樣的光滑圓形薄片，從嚴格的意義上來講，並沒有什麼實際應用價值，只不過是供其後晶片生產工序深加工的原材料。而後者才是直接應用在應在計算機、電子、通訊等許多行業上的最終產品，它可以包括CPU、內存單元和其它各種專業應用晶片。 

超大規模集成電路（Very Large Scale Integration Circuit，VLSI）是一種將大量電晶體組合到單一晶片的集成電路，其集成度大於大規模集成電路。集成的電晶體數在不同的標準中有所不同。從1970年代開始，隨著複雜的半導體以及通信技術的發展，集成電路的研究、發展也逐步展開。計算機裡的控制核心微處理器就是超大規模集成電路的最典型實例，超大規模集成電路設計（VLSI design），尤其是數字集成電路，通常採用電子設計自動化的方式進行，已經成為計算機工程的重要分支之一。

晶圓 

所謂晶圓實際上就是我國以往習慣上所稱的單晶矽，在六、七十年代我國就已研製出了單晶矽，並被列為當年的十天新聞之一。但由於其後續的集成電路製造工序繁多（從原料開始融煉到最終產品包裝大約需400多道工序）、工藝複雜且技術難度非常高，以後多年我國一直末能完全掌握其一系列關鍵技術。所以至今僅能很小規模地生產其部分產品，不能形成規模經濟生產，在質量和數量上與一些已形成完整晶圓製造業的發達國家和地區相比存在著巨大的差距。

晶圓的生產工藝流程： 

從大的方面來講，晶圓生產包括晶棒製造和晶片製造兩面大步驟，它又可細分為以下幾道主要工序（其中晶棒製造只包括下面的第一道工序，其餘的全部屬晶片製造，所以有時又統稱它們為晶柱切片後處理工序）： 

多晶矽——單晶矽——晶棒成長——晶棒裁切與檢測——外徑研磨——切片——圓邊——表層研磨——蝕刻——去疵——拋光—（外延——蝕刻——去疵）—清洗——檢驗——包裝 

1、 晶棒成長工序：它又可細分為： 1）、融化（Melt Down）：將塊狀的高純度多晶矽置石英坩鍋內，加熱到其熔點1420℃以上，使其完全融化。 2）、頸部成長（Neck Growth）：待矽融漿的溫度穩定之後，將，〈1.0.0〉方向的晶種慢慢插入其中，接著將晶種慢慢往上提升，使其直徑縮小到一定尺寸（一般約6mm左右），維持此真徑並拉長100---200mm，以消除晶種內的晶粒排列取向差異。 3）、晶冠成長（Crown Growth）：頸部成長完成後，慢慢降低提升速度和溫度，使頸直徑逐漸加響應到所需尺寸（如5、6、8、12時等）。 4）、晶體成長（Body Growth）：不斷調整提升速度和融煉溫度，維持固定的晶棒直徑，只到晶棒長度達到預定值。 5、）尾部成長（Tail Growth）：當晶棒長度達到預定值後再逐漸加快提升速度並提高融煉溫度，使晶棒直徑逐漸變小，以避免因熱應力造成排差和滑移等現象產生，最終使晶棒與液面完全分離。到此即得到一根完整的晶棒。 

2、晶棒裁切與檢測（Cutting & Inspection）：將長成的晶棒去掉直徑偏小的頭、尾部分，並對尺寸進行檢測，以決定下步加工的工藝參數。 

3、外徑研磨（Surface Grinding & Shaping）：由於在晶棒成長過程中，其外徑尺寸和圓度均有一定偏差，其外園柱面也凹凸不平，所以必須對外徑進行修整、研磨，使其尺寸、形狀誤差均小於允許偏差。 

4、切片（Wire Saw Slicing）：由於矽的硬度非常大，所以在本序裡，採用環狀、其內徑邊緣嵌有鑽石顆粒的薄鋸片將晶棒切割成一片片薄片。 

5、圓邊（Edge profiling）：由於剛切下來的晶片外邊緣很鋒利，單晶矽又是脆性材料，為避免邊角崩裂影響晶片強度、破壞晶片表面光潔和對後工序帶來汙染顆粒，必須用專用的電腦控制設備自動修整晶片邊緣形狀和外徑尺寸。 

6、研磨（Lapping）：研磨的目的在於去掉切割時在晶片表面產生的鋸痕和破損，使晶片表面達到所要求的光潔度。

7、蝕刻（Etching）：以化學蝕刻的方法，去掉經上幾道工序加工後在晶片表面因加工壓力而產生的一層損傷層。 

8、去疵（Gettering）：用噴砂法將晶片上的瑕疵與缺陷趕到下半層，以利於後序加工。 

9、拋光（Polinshing）：對晶片的邊緣和表面進行拋光處理，一來，進一步去掉附著在晶片上的微粒，二來，獲得極佳的表面平整度，以利於後面所要講到的晶圓處理工序加工。 

10、清洗（Cleaning）：將加工完成的晶片進行最後的徹底清洗、風乾。 

11、檢驗（Iinspection）：進行最終全面的檢驗以保證產品最終達到規定的尺寸、形狀、表面光潔度、平整度等技術指標。 

12、包裝（Packing）：將產品用柔性材料分隔、包裹、裝箱，準備發往發下的晶片製造車間或出廠發往訂貨客戶。

晶片生產工藝流程： 

晶片的製造過程可概分為晶圓處理工序（Wafer Fabrication）、晶圓針測工序（Wafer Probe）、構裝工序（Packaging）、測試工序（Initial Test and Final Test）等幾個步驟。其中晶圓處理工序和晶圓針測工序為前道（Front End）工序，而構裝工序、測試工序為後道（Back End）工序。 

1、 晶圓處理工序：本工序的主要工作是在晶圓上製作電路及電子元件（如電晶體、電容、邏輯開關等），

其處理程序通常與產品種類和所使用的技術有關，但一般基本步驟是先將晶圓適當清洗，再在其表面進行氧化及化學氣相沉積，然後進行塗膜、曝光、顯影、蝕刻、離子植入、金屬濺鍍等反覆步驟，最終在晶圓上完成數層電路及元件加工製作。 

2、 晶圓針測工序：經過上道工序後，晶圓上就形成了一個個的小格，即晶粒，一般情況下，為便於測

試，提高效率，同在一片晶圓上製作同一品種、規格的產品；但也可根據需要製作幾種不同品種、規格的產品。在用針測（Probe）儀對每個晶粒檢測其電氣特性，並將不合格的晶粒標上記號後，將晶圓切開，分割成一顆顆單獨的晶粒，再按其電氣特性分類，裝入不同的託盤中，不合格的晶粒則捨棄。 

3、 構裝工序：就是將單個的晶粒固定塑膠或陶瓷製的晶片基座上，並把晶粒上的一些引線端與基座底

部伸出的插腳連接，以作為與外界電路板連接之用，最後蓋上塑膠蓋板，用膠水封死。其目的是用以保護晶粒避免受到機械刮傷或高溫破壞。到此才算製成了一塊集成電路晶片（即我們在電腦裡可以看到的那些黑色或褐色，兩邊或四邊帶有許多插腳或引線的矩形小塊）。 

4、 測試工序：晶片製造的最後一道工序為測試，其又可分為一般測試和特殊測試，前者是將封死後的

晶片置於各種環境下測試其電氣特性，如消耗功率、運行速度、耐壓度等。經測試後的晶片，依電氣特性劃分為不同等級。而特殊測試，則是根據客戶特殊需求的技術參數，從相近參數規格、品種中拿出部分晶片，做有針對性的專門測試，看是否能滿足客戶的特殊需求，以決定是否須為客戶設計專用晶片。經過一般測試全格的產品貼上規格、型號及出廠日期等標識的標籤並加以包裝後既可出廠。而末通過測試的晶片則視其達到的參數情況定作降級品或廢品。

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