半導體制造工藝的案例
半導體制造工藝概述
半導體制造工藝是集成電路實現的手段，也是集成電路設計的基礎。自從1948年晶體管發明以來，半導體器件工藝技術的發展經歷了三個主要階段：1950年采用合金法工藝，第一次生產出了實用化的合金結三極管；1955年擴散技術的采用是半導體器件制造技術的重大發展，為制造高頻器件開辟了新途徑；1960年平面工藝和外延技術的出現是半導體制造技術的重大變革，不但大幅度地提高了器件的頻率、功率特性，改善了器件的穩定性和可靠性，而且也使半導體集成電路的工業化批量生產得以成為現實。目前平面工藝仍然是半導體器件和集成電路生產的主流工藝。
在半導體制造工藝發展的前35年，特征尺寸的縮小是半導體技術發展的一個標志，有效等比縮小(Scaling-down)的努力重點集中在通過提高器件速度以及在成品率可接受的芯片上集成更多的器件和功能來提高性能。然而，當半導體行業演進到45nm節點或更小尺寸的時候，器件的等比縮小將引發巨大的技術挑戰。其中兩大挑戰是不斷增長的靜態功耗和器件特性的不一致性。這些問題來源于CMOS工藝快要到達原子理論和量子力學所決定的物理極限。
集成電路制造就是在硅片上執行一系列復雜的化學或者物理操作，簡單講，這些操作可以分為四大基本類：薄膜制作(1ayer)、刻印(pattern)、刻蝕和摻雜。這些在單個芯片上制作晶體管和加工互連線的技術綜合起來就成為半導體制造工藝。
一、光刻工藝
光刻是通過一系列生產步驟將晶圓表面薄膜的特定部分除去的工藝。在此之后，晶圓表面會留下帶有微圖形結構的薄膜。被除去的部分可能形狀是薄膜內的孔或是殘留的島狀部分。光刻生產的目標是根據電路設計的要求，生成尺寸精確的特征圖形，且在晶圓表面的位置要正確，而且與其他部件的關聯也正確。通過光刻過程，最終在晶圓片上保留特征圖形的部分。
展開 案例分享 | CFD仿真在半導體制造工藝過程中的應用
半導體生產設備的氣流分析
Hirata公司對用于生產半導體的EFEM（設備前端模塊）進行了一系列分析（圖2）。
圖 2:
EFEM用于先前的半導體生產工藝（上）
EFEM的分析示例，顯示速度矢量和云圖（下）
在整個晶圓制造過程中，EFEM用于將晶圓從FOUP（Front-Opening Unified Pod，包含數十個晶圓的容器）轉移到制造設備。“用于半導體生產的空間必須絕對的干凈。空間越大，保持清潔的成本就越高。為了解決這個問題，我們采用了“微環境”的概念，僅在晶片的周圍保持清潔度。” Mr.Matsumura解釋說。EFEM使用微環境的概念來轉移晶圓。半導體器件的制造工藝包括七個階段，可以分為100多個步驟。EFEM用于許多階段，包括構圖、蝕刻和離子束注入，來轉移晶圓并保持晶圓周圍空間清潔。一個說明性的示例是連接到EFEM的蝕刻設備，連接到一個稱為加載端口的接口。當將FOUP放在裝載端口上時，端口將打開或關閉FOUP，從而使EFEM承載系統將晶片分配到蝕刻設備。
向客戶介紹N2的密度分布
Hirata公司進行了流量分析，研究EFEM中的氮擴散。
為了避免晶片氧化，EFEM配備了氮氣吹掃功能，用氮氣填充FOUP內部。
大量氮泄漏到周圍環境可能對操作人員有害。
展開 晶圓幾何量測系統支持半導體制造工藝量測，保障晶圓制造工藝質量
WD4000無圖晶圓幾何量測系統已廣泛應用于襯底制造、外延制造、晶圓制造、晶圓減薄設備、晶圓拋光設備、及封裝減薄工藝段的量測；覆蓋半導體前道、中道、后道整條工藝線。該系統不僅廣泛應用于半導體行業，在3C電子玻璃屏、光學加工、顯示面板、光伏、等超精密加工行業也大幅鋪開應用。
量測系統自動上下料，自動測量
編輯
測量報告分享
案例分享 | CFD仿真在半導體制造工藝過程中的應用
半導體生產設備的氣流分析
Hirata公司對用于生產半導體的EFEM（設備前端模塊）進行了一系列分析（圖2）。
圖 2:
EFEM用于先前的半導體生產工藝（上）
EFEM的分析示例，顯示速度矢量和云圖（下）
在整個晶圓制造過程中，EFEM用于將晶圓從FOUP（Front-Opening Unified Pod，包含數十個晶圓的容器）轉移到制造設備。“用于半導體生產的空間必須絕對的干凈。空間越大，保持清潔的成本就越高。為了解決這個問題，我們采用了“微環境”的概念，僅在晶片的周圍保持清潔度。” Mr.Matsumura解釋說。EFEM使用微環境的概念來轉移晶圓。半導體器件的制造工藝包括七個階段，可以分為100多個步驟。EFEM用于許多階段，包括構圖、蝕刻和離子束注入，來轉移晶圓并保持晶圓周圍空間清潔。一個說明性的示例是連接到EFEM的蝕刻設備，連接到一個稱為加載端口的接口。當將FOUP放在裝載端口上時，端口將打開或關閉FOUP，從而使EFEM承載系統將晶片分配到蝕刻設備。
向客戶介紹N2的密度分布
Hirata公司進行了流量分析，研究EFEM中的氮擴散。
為了避免晶片氧化，EFEM配備了氮氣吹掃功能，用氮氣填充FOUP內部。
大量氮泄漏到周圍環境可能對操作人員有害。
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新制造工藝：有望實現高速低功耗光電子芯片！
（圖片來源：CNSE Albany）
那篇論文展示出世界上首個具備光學數據傳輸功能的微處理器，以及一種不改變原始制造工藝的方法。研究人員也稱這一概念為“零改變技術”。以Popovic 作為合作創始人的創業公司 Ayar Labs，近期與著名的半導體制造商 GlobalFoundries 一起對這項技術進行商業化。
盡管，這一初始解決方案的商業影響顯著，特別是在數據通信領域。但是，由于初始材料（絕緣襯底上的硅）成本較高，其最終應用性受限。為了開發適用于所有硅微電子器件的方案，研究人員需要采用占主導地位的低成本襯底，也就是塊狀硅。塊狀硅用于制造大部分的普通硅芯片，例如筆記本電腦與智能手機中使用的。絕緣襯底上的硅，比塊狀硅的性能更好，但是成本較高，所以只能應用于特定的高端微處理器。
塊狀硅與絕緣襯底上的硅之間的區別是：后者具有直接位于硅薄層之下的絕緣層（非常純凈的玻璃），但是前者沒有。玻璃作為光子屏障，讓光子陷入設備的光波導中。沒有玻璃屏障，光信號將會丟失。
在這篇最新的論文中，研究人員展示一種新的制造方案，適用于基于塊狀硅的芯片。該光學器件的半導體制造方案可以無縫接入現有半導體工業制造工藝中去。
電子工業中，互補金屬氧化物半導體（CMOS）廣泛用于制造計算機處理器、內存、通信芯片以及圖像傳感器。CMOS技術需要塊狀硅襯底或者超薄絕緣襯底上的硅晶圓。然而，由于塊狀硅供應鏈充足且成本低廉，所以占主導地位。相比而言，硅光子器件通常需要厚的絕緣襯底上的硅晶圓。對于計算機內存為代表的應用來說，其供應鏈受限且成本較高。因此，長期目標就是利用CMOS制造技術和材料平臺，集成電子與光子元件，且不影響其性能。
在這項研究中，研究人員成功地將光子器件集成到塊狀硅CMOS芯片中。他們采用標準的CMOS制造技術，在制造工藝中引入少量變化，從而在塊狀硅中創造出光子器件區域。
展開 半導體制造工藝..
半導體制造工藝..
Ansys半導體制造工藝解決方案
電子元器件焊接工藝概述
Flow soldering(flow)波峰焊
Reflow soldering (reflow)回流焊
回流焊中常見的問題
Wicking up phenomenon燈芯現象
Phenomenon in which solder is sucked up to IC leads due to temperature variation on a board composed of parts with different heat capacities during heating in a reflow furnace.
Manhattan-phenomenon立碑現象
Phenomenon that the chip stands up when the amount of solder on the component terminals is different or surface tension difference occur due to temperature variations.
展開 半導體光刻膠解析和光刻工藝詳解！
目前半導體光刻膠最常使用曝光波長分類，主要有 g 線、i 線、KrF、ArF 和最先進的 EUV光刻膠，其中 DUV 光刻機分為干法和浸潤式，因此 ArF 光刻膠也對應分為干法和浸潤式兩類。越先進制程相應需要使用越短曝光波長光刻膠，以達到特征尺寸微小化。
光刻是半導體制造關鍵工藝，光刻膠通過曝光顯影實現圖形轉移
芯片制造又稱晶圓制造，是通過物理、化學工藝步驟在晶圓表面形成器件，并生成金屬導線將器件相互連接形成集成電路的過程。晶圓制造可分為前道工藝線（FEOL）和后道工藝線（BEOL）工藝，前道工藝是在晶圓上形成晶體管和其他器件，而后道工藝是形成金屬線并在每層之前加上絕緣層。依次通過光刻（lithography）、刻蝕（etch）、離子注入（ implantation ）、擴散（disposition）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、化學機械研磨等工序（CMP）形成一層電路，通過循環重復上述工藝，最終在晶圓表面形成立體的多層結構，實現整個集成電路的制造。由于制程提升，晶圓上集成的器件和電路復雜度和密度隨之提升，需要上千道工序去完成芯片的制造。
光刻工藝是半導體集成電路制造的核心工藝。光刻的基本原理是將對光敏感的光刻膠旋涂在晶圓上，在表面形成一層薄膜，光源透過光罩（掩模版）照射在光刻膠上，使得光刻膠選擇性的曝光，接著對光刻膠顯影，完成光罩上電路特定層的圖形的轉移。剩余的光刻膠在接下來的刻蝕或離子注入工藝中充當掩蓋層，然后通過刻蝕工藝將光掩模上的圖形轉移到所在襯底上。根據產業鏈調研反饋，在集成電路制造工藝中，光刻工藝的成本約為整個芯片制造工藝的 35%，并且耗費時間約占整個芯片工藝的 40%-60%。
展開 揭秘半導體制造全流程
展開 半導體制造產業鏈的三大類材料有啥？
半導體芯片的單元器件內部由襯底、絕緣層、介質層、導體層及保護層等組成，其中，介質層、導體層甚至保護層都要用到濺射鍍膜工藝。集成電路領域的鍍膜用靶材主要包括鋁靶、鈦靶、銅靶、鉭靶、鎢鈦靶等，要求靶材純度很高，一般在5N
（99.999%）
以上。
高純靶材
濕化學品
濕電子化學品，也通常被稱為超凈高純試劑，是指用在半導體制造過程中的各種高純化學試劑。按照用途可以被分為通用化學品和功能性化學品，其中通用化學品一般是指高純度的純化學溶劑，例如高純的去離子水、氫氟 酸、硫酸、磷酸、硝酸等較為常見的試劑。
在制造晶圓的過程中，主要使用高純化學溶劑去清洗顆粒、有機殘留物、金屬離子、自然氧化層等污染物。功能性化學品是指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造過程中特殊工藝需求的配方類化學品，例如顯影液、剝離液、清洗液、刻蝕液等，經常使用在刻蝕、濺射等工藝環節。
電子特氣
電子特氣是指在半導體芯片制備過程中需要使用到的各種特種氣體，按照氣體的化學成分可以分為通用氣體和特種氣體。另外按照用途也可以分為摻雜氣體、外延用氣體、離子注入氣、發光二極管用氣、刻蝕用氣、化學氣相沉積氣和平衡氣。與高純試劑類似，電子特氣對氣體純度的要求也極高，基本上都要求ppt級別以下的雜質含量。這是因為IC電路的尺寸已經達到納米級別，氣體中任何微量殘存的雜質都有可能造成半導體短路或者線路損壞。
展開 半導體制造產業鏈的三大類材料有啥？
半導體芯片的單元器件內部由襯底、絕緣層、介質層、導體層及保護層等組成，其中，介質層、導體層甚至保護層都要用到濺射鍍膜工藝。集成電路領域的鍍膜用靶材主要包括鋁靶、鈦靶、銅靶、鉭靶、鎢鈦靶等，要求靶材純度很高，一般在5N（99.999%）以上。
高純靶材
濕化學品
濕電子化學品，也通常被稱為超凈高純試劑，是指用在半導體制造過程中的各種高純化學試劑。按照用途可以被分為通用化學品和功能性化學品，其中通用化學品一般是指高純度的純化學溶劑，例如高純的去離子水、氫 氟酸、硫酸、磷酸、硝酸等較為常見的試劑。
在制造晶圓的過程中，主要使用高純化學溶劑去清洗顆粒、有機殘留物、金屬離子、自然氧化層等污染物。功能性化學品是指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造過程中特殊工藝需求的配方類化學品，例如顯影液、剝離液、清洗液、刻蝕液等，經常使用在刻蝕、濺射等工藝環節。
電子特氣
電子特氣是指在半導體芯片制備過程中需要使用到的各種特種氣體，按照氣體的化學成分可以分為通用氣體和特種氣體。另外按照用途也可以分為摻雜氣體、外延用氣體、離子注入氣、發光二極管用氣、刻蝕用氣、化學氣相沉積氣和平衡氣。與高純試劑類似，電子特氣對氣體純度的要求也極高，基本上都要求ppt級別以下的雜質含量。
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2026 武漢半導體技術博覽會（OVC）︱聚焦半導體晶圓制造裝備、零部件、材料、先進封裝、IC設計、第三代半導體等重點領域
2025年，湖北省集成電路、半導體等電子信息產業實現主營業務收入將超過8000億元，同比增長兩成，其中半導體制造業主營業務收入為5101億元。
為了推動中西部地區半導體產業的跨越式發展，促進先進技術在中西部地區的創新應用，由中國（武漢）數字經濟產業博覽會組委會聯合沃森展覽共同打造的 2026 武漢國際半導體產業博覽會（OVC）將于2026年5月20日-22日在武漢·中國光谷科技會展中心召開，專注于半導體行業國際性、專業化的展會平臺，匯聚眾多芯片設計及制造、集成電路、封測、材料及設備、5G新應用、新型顯示等具有影響力的參展商，完整展示半導體產業鏈，打造深度的技術交流平臺，屆時組委會將邀請國內外半導體、工業電子、汽車電子、醫療電子、物聯網、消費電子、通信等行業數萬名專業工程師采購參觀。
2026 武漢國際半導體產業展規劃30000㎡展出面積，400家領先展商，30000名專業觀眾以及十多場專業論壇。期待與您相約武漢，攜手共拓半導體產業新機遇！
展開 半導體，我們離開美國制造，能照樣轉嗎？
涂膠顯影設備日本領先
國產涂膠顯示設備中， 沈陽芯源做得最好，產品涵蓋 2 寸、 4 寸、 6 寸、 8 寸和 12 寸晶圓的勻膠和顯影， 12 寸晶圓的產品能夠滿足 90nm 工藝的勻膠顯影工藝， 65nm 產品正在研發，與國外設備相比還具有較大差距。
（5）去膠設備：美國較弱，國產 Mattson 較強
去膠是在刻蝕過后，把晶圓表面剩余的光刻機去除， 工藝分為干法去膠和濕法去膠。濕法去膠是使用化學試劑與光刻機發生反應從而達到去膠目的，而干法去膠類似于刻蝕，使用等離子體將光刻機剝除。
去膠設備 Mattson 較強
Mattson 主攻干法去膠，具有國際領先的設備、技術和市場份額，產品分布在國內國外眾多晶圓廠，可以完全實現進口替代。
（6）光刻機：以荷蘭和日本產品為主流
光刻機中， 荷蘭的 ASML 無疑是最強的，美國沒有具有競爭力的產品，美國的幾大設備公司也均不做光刻機。 在目前最先進的晶圓制造工藝中如 7/10/14nm 等領域，只有ASML 能做， 而在22/45/65/90/130/180nm 等領域，除 ASML 外，尼康和佳能的設備應用也較多。 目前佳能已放棄新一代光刻機研發， 幾乎已經退出光刻機市場。 尼康在 22nm以上的非最先進的工藝中，具有較高的性價比。
光刻機荷蘭日本產品為主流
國產光刻機中最為領先的是上海微電子裝備， 最新的產品達到了 90nm 工藝，但距離進入量產線還有一定距離。 在后道的封裝階段，也需要做光刻和刻蝕，但線寬要求為微米級別， 上海微電子裝備的光刻機，在后道封裝階段應用較廣，實現了國產替代。
（7）檢測設備：美國最強，較難替代
半導體的檢測存在于半導體制造的各個工藝流程中，是工藝控制必不可缺的流程。
展開 精沖工藝與旋壓工藝，高技術含量的制造工藝
法因圖爾1965年和德國舒勒公司合作，將壓力機的制造工作交給后者，一直合作到現在，累積生產了2500多臺精沖機床，150噸機械式精沖機到1550噸液壓精沖機的全系列、不同噸位的生產線。
HFAplus增強型系列液壓精沖機主要適用于復雜零件的柔性化生產。它的主要特點是擴展功能強，可增添不同選項來滿足幾乎所有精沖零件的加工要求。噸位從320噸到1550噸之間，最高節拍能到85次每分鐘。XFTspeed伺服機械式精沖壓力機集合了液壓、伺服控制以及機械驅動的優點，具有極高頻沖次和極低的停機時間，噸位從150～250噸，最高節拍能到200次每分鐘。
X-TRAspeed系列具有針對特殊場合生產要求的柔性及可兼容性，使得該機型很具有吸引力，伺服驅動集合了液壓和機械壓機的優點，噸位在320噸到700噸之間，最高節拍能到90次每分鐘。
精沖技術的核心，不是壓力機，而是模具設計和制造技術，法因圖爾生產的多工位的級進模能使成形和去毛刺在同一個模具內完成。
除了法因圖爾之外，日本的森鐵工株式會社是僅次前者的精沖設備和技術提供商，和法因圖爾搶占中端市場，在中國也有很多客戶。國內有北京機電所、天津億眾機械制造、上海交通大學模具CAD國家工程研究中心以及十幾所高校從事精沖設備和模具的制造或軟件研發工作。
歐美日在精沖鋼的研究和制造技術較為領先，因此精沖鋼的原材料標準主要集中在歐標EN10081-10084，日標JISG4051-4053和美標SAE，國標GB/T699和GB/T3077等。材料供應商有一勝百、寶鋼旗下的合資公司常熟寶升精沖材料有限公司等。
近年，隨著伺服壓力機的工藝豐富，一些沖壓廠商采用伺服壓力機能模擬液壓機工作曲線的特性，配合更加精密的模具技術，用不是嚴格意義上的精沖工藝，也得到一些精度比精沖件低，比普沖高的較高精度的零部件。
展開 智芯研報 | 半導體設備行業研究框架總論
本文內容由第三代半導體聯合創新孵化中心
（ID：casazlkj )
根據資料整理，轉載請注明出處
半導體設備位于整個半導體產業鏈的上游，在新建晶圓廠中半導體設備支出的占比普遍達到 80%。一條晶圓制造新建產線的資本支出占比如下：廠房 20%、晶圓制造設備 65%、組裝封裝設備 5%，測試設備 7%，其他 3%。其中晶圓制造設備在 半導體設備中占比最大，進一步細分晶圓制造設備類型，光刻機占比 30%，刻蝕 20%，PVD15%，CVD10%，量測 10%，離子注入5%，拋光 5%，擴散 5%。
一、國之重器任重道遠--半導體設備產業支柱性地位
半導體設備是半導體制造工藝的核心數
主流晶圓尺寸停留在300mm尚未繼續發展，為IC設備國產化贏得時間
摩爾定律逐漸逼近物理和經濟極限，發展有放緩趨勢，為國內半導體設備企業追趕國際大廠贏得寶貴時間。
從“特征尺寸”來說，由于先進工藝節點的建廠成本呈指數級增長，當前全球也僅有中國臺灣地區臺積電、韓國三星等極個別代工廠可以繼續投資7nm及以下工藝的研發和生產線建設，美國英特爾正在研發7nm工藝，格羅方德已擱置7nm研發。從“晶圓尺寸”來說，自2001年出現12英寸硅片以來，由于費用投入過大的問題，何時向18英寸發展仍是未知之數。
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