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半导体是如何制造的?

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Last updated Jan 10, 2025 | Published on Sep 6, 2022

半导体是如何制造的?

数十亿半导体使我们周围的世界能够电子化。从简单的化学元素开始,最终为从计算器和手机等消费电子产品到自动驾驶汽车和飞行中火箭控制器等先进计算机系统的所有东西提供动力。半导体存储数据、执行逻辑功能等等。但是,它们如何从纯化的硅发展到实现整个互联的电子世界呢?

创建硅晶圆

半导体制造始于硅等简单元素(通常从沙子或石英中提纯)。一旦硅被高度纯化,它就会被塑造成一个圆柱形的结晶锭,称为硅块。根据晶圆的尺寸和所需的切屑产量,将晶圆切割成非常薄、均匀的晶圆,具有各种不同直径。

硅锭

每个晶圆在称为半导体掺杂的过程中精确地暴露于硼或磷等元素中。这改变了材料的电性能,并允许半导体完成不同的功能。

掺杂的硅晶片被引入热处理系统中的气体中。虽然具体的沉积方法可能会有所不同,但目标始终是在晶圆上产生保护硅表面的氧化层,因为任何污染物都可能干扰电流。

光刻和薄膜沉积

根据集成电路(IC)的用途,通过光掩模将晶体管、二极管、电容器、电阻器等集成元件的复杂系统转移到晶圆上。一旦电路设计被追踪到晶圆上,它们就会通过湿蚀刻(液体蚀刻剂)或干蚀刻(等离子刻蚀剂)蚀刻到晶圆上。

虽然半导体非常薄,但它们包括数十层材料,这些材料由光刻胶和蚀刻相互堆叠。然后将导电层和绝缘层的薄膜添加到电路图案中。互连连接到晶圆上,以电方式将所有层连接在一起。

晶圆测试和半导体切割

现在晶圆已经完成了必要的互连电路,它通过了初步测试。无线或有线自动测试设备 (ATE) 执行电子芯片分拣 (EDS),包括电路探测、修复过程、晶圆老化等,以识别晶圆上的故障半导体芯片,以便在半导体芯片被切断后将其从良率中移除。

半导体芯片

半导体芯片最终通过刀片沿着预定线从晶圆上单独切割,该过程称为半导体切割。根据芯片的用途,将其插入半导体测试插座中,以测试电压、电流、电阻、电容等。

半导体封装

Passing semiconductors then go through the final stage of semiconductor production: integrated circuit (IC) packaging. The semiconductor chip is attached to bonding wires and encapsulated into a package made of plastic, ceramic, metal, or some combination. The package protects the delicate chip from corrosion, moisture ingress, and physical damage. Thermal and electromechanical solutions such as EMI shielding and heat transfer fins can also be incorporated into the packaging at this step.

引脚网格阵列

每个集成电路封装还包含一个引线阵列,用于将IC连接到电路板。它们通常由引脚栅格阵列 (PGA) 中的引脚、球栅阵列 (BGA) 中的焊接或扁平无引线 (QFN/DFN) 封装组成,具体取决于尺寸和连接要求。最近,一些IC封装已经发展成为系统级封装(SiP)结构,其中多个半导体芯片封装在一起用于三维集成电路。

最后,集成电路封装被仔细包装并发送给最终用户,在那里他们可以进行系统级测试,以测试每个芯片的最终使用位置。

半导体解决方案的宝德差异

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