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半导体工艺

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半导体器件制造
10µm– 1971年 6µm– 1974年 3µm– 1977年 1.5µm– 1982年 1µm– 1985年 800nm– 1989年 600nm– 1994年 350nm– 1995年 250nm– 1997年 180nm– 1999年 130nm– 2001年 90nm– 2004年 65nm– 2006年 45nm– 2008年 32nm– 2010年 22nm– 2012年 14nm– 2014年 10nm– 2017年 7nm – 2018年 5nm– 约2020年 查论 半导体器件制造
NASA的Glenn研发中心无尘室

半导体器件制造是被用于制造芯片,一种日常使用的电气和电子器件中集成电路的处理工艺。它是一系列照相和化学处理步骤,在其中电子电路逐渐形成在使用纯半导体材料制作的芯片上。

硅是今天**常用的半导体材料,其他还有各种复合半导体材料。

从一开始晶圆加工,到芯片封装测试,直到发货,通常需要6到8周,并且是在晶圆厂内完成。

国际半导体技术发展蓝图

Half-shrink 主节点 半节点 250nm 220nm 180nm 150nm 130nm 110nm 90nm 80nm 65nm 55nm 45nm 40nm 32nm 28nm 22nm 20nm 14nm 16nm 10nm 11nm

晶圆

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典型的芯片是用极度纯净的硅以柴可拉斯基法、泡生法等方式长成直径12英寸(300毫米)的单晶圆柱锭(梨形人造宝石)。这些硅碇被切成芯片大约0.75毫米厚并抛光为非常平整的表面。

一旦晶圆准备好之后,很多任务艺步骤对于生产需要的半导体集成电路是必要的。总之,这些步骤可分成四组:

前端工艺 后端工艺 测试 封装 工艺

半导体器件制造中,不同的生产工序可归为如下四类:沉积、清除、制作布线图案、以及电学属性的调整。

前端工艺

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前端工艺指的是在硅上直接形成晶体管。双极二极管,MOS管等

二氧化硅 金属层 互联 芯片测试

芯片处理高度有序化的本质增加了对不同处理步骤之间度量方法的需求。芯片测试度量设备被用于检验芯片仍然完好且没有被前面的处理步骤损坏。如果If the number of dies—the 集成电路s that will eventually become chips—当一块芯片测量失败次数超过一个预先设定的阈值时,芯片将被废弃而非继续后续的处理工艺。

器件测试
封装

步骤列表
芯片处理 湿洗 平版照相术 光刻 离子移植 蚀刻(干法刻蚀、湿法刻蚀、等离子蚀刻(英语:Plasma etching)) 热处理 快速热退火 熔炉退火 热氧化 化学气相沉积 (CVD) 物理气相沉积 (PVD) 分子束外延 (MBE) 电化学沉积 (ECD),见电镀 化学机械平坦化 (CMP) 芯片测试(检验电气特性) 晶背研磨(减小芯片的厚度,使得到的芯片能被嵌入较薄的器件中,像是智能卡或PCMCIA卡。) 晶粒制备 芯片组装 Die cutting 集成电路封装 Die attachment IC Bonding Wire bonding Flip chip Tab bonding IC encapsulation Baking Plating Lasermarking Trim and form 有害材料标志

许多有毒材料在制造过程中被使用。这些包括:

有毒元素掺杂物比如砷、硼、锑和磷 有毒化合物比如砷化三氢、磷化氢和硅烷 易反应液体、例如过氧化氢、发烟硝酸、硫酸以及氢氟酸

工人直接暴露在这些有毒物质下是致命的。通常IC制造业高度自动化能帮助降低暴露于这一类物品的风险。

历史

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当线宽远高于10微米时,纯净度还不像今天的器件生产中那样至关紧要。旦随着器件变得越来越集成,无尘室也变得越来越干净。今天,工厂内是加压过滤空气,来去除哪怕那些可能留在芯片上并形成缺陷的**小的粒子。半导体制造产线里的工人被要求穿着无尘衣来保护器件不被人类污染。

在利润增长的推动下,在1960年代半导体器件生产遍及德克萨斯州和加州乃至全世界,比如爱尔兰、以色列、日本、、韩国和新加坡,且在今天已是一个全球商业。

半导体生产商的领袖大都在全世界拥有产线。英特尔,世界**的生产商,以及在美其他生产商包括台积电()、三星(韩国)、德州仪器(美国)、超微半导体(美国)、联电()、东芝(日本)、NEC电子(日本)、意法半导体(欧洲)、英飞凌(欧洲)、瑞萨(日本)、索尼(日本),以及恩智浦半导体 (欧洲)在欧洲和亚洲都有自己的设备。

在2006年,在美国有大约5000家半导体和电子零件生产商,营业额达1650亿美元[1]。

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  1. 半导体工艺
  2. 晶圆
  3. 前端工艺
  4. 历史

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