半導體製程有哪幾種？

半導體製程：科技魔法的層層堆疊

半導體製造，宛如一場精密的科技魔法秀，在小小的晶圓上，以奈米尺度揮灑著科技的奇蹟。從無到有，最終成就運算核心、記憶體等現代科技的基石，這一切仰賴著複雜且精密的製程技術。 並非單一製程就能完成，而是多種製程技術層層堆疊、環環相扣的結果。 簡而言之，半導體製程可以粗略區分為以下幾大類：

一、前段製程 (Front-End-of-Line, FEOL): 這部分著重在晶圓上建立電晶體等基本元件的結構。 主要步驟包含：

• 氧化 (Oxidation): 利用高溫將矽晶圓表面氧化成二氧化矽 (SiO2)，作為絕緣層或掩蔽層，保護矽基底或作為閘極介電層。 氧化方式包含濕式氧化和乾式氧化，各有優缺點，選擇需考量製程的效率和氧化層品質。

• 沉積 (Deposition): 在晶圓表面沉積各種薄膜材料，例如多晶矽、氮化矽、金屬等，作為電極、閘極、絕緣層或其他功能層。 常用的沉積方法包括化學氣相沉積 (CVD)、物理氣相沉積 (PVD) 等，每種方法都能夠精準控制薄膜的厚度、組成和特性。

• 光罩曝光 (Photolithography): 這是前段製程中最關鍵的步驟之一。 使用光罩將電路圖案轉移到光阻層上，之後再透過蝕刻技術將圖案轉印到矽晶圓上。 先進製程中，使用的光源波長越來越短，例如 EUV 極紫外光，以實現更精細的線寬。

• 蝕刻 (Etching): 根據光罩曝光形成的光阻圖案，選擇性地移除晶圓表面不需要的材料。 蝕刻方法包括乾式蝕刻 (例如電漿蝕刻) 和濕式蝕刻，乾式蝕刻能提供更精確的蝕刻結果，減少側壁蝕刻等問題，尤其在奈米級製程中更顯重要。

• 離子佈植 (Ion Implantation): 將特定離子植入矽晶圓中，改變矽晶圓的導電特性，形成P型或N型半導體區域，進而構建電晶體等元件。 離子佈植的劑量、能量和深度都需精確控制，以達成設計要求。

• 平面化 (Planarization): 在層層堆疊後，為了確保後續製程的平整度，需要進行平面化處理，例如化學機械研磨 (CMP)。 平整的表面才能保證後續製程的良率。

二、後段製程 (Back-End-of-Line, BEOL): 此階段主要著重於晶圓的互連和封裝。

• 金屬互連 (Metallization): 在晶圓上沉積金屬層，例如鋁或銅，形成電路互連線，將電晶體等元件連接起來。 金屬互連線的線寬和間距也是影響晶片性能的重要因素。

• 封裝 (Packaging): 將晶圓切割成單個晶片，並進行封裝，以保護晶片並使其與外部電路連接。 封裝技術種類繁多，例如晶片級封裝 (Wafer-Level Packaging)、系統級封裝 (System-in-Package) 等。

• 測試 (Testing): 在每個製程階段都需要進行測試，以確保晶片的品質和性能符合要求。 測試包含功能測試、電性測試等。

整個半導體製程是一個高度複雜且精密的系統工程，需要整合多種技術和設備，才能最終生產出高性能、高可靠性的半導體晶片。 從前段製程的奈米級結構控制到後段製程的精密互連和封裝，每一個步驟都至關重要，缺一不可。 隨著科技不斷進步，半導體製程技術也將持續精進，創造出更小、更快、更節能的晶片，推動科技的持續發展。