半導體晶片到底是怎樣的一個行業？

半導體晶片行業越來越得到認可，在信息技術高速發展的今天，大數據是資源，堪比新經濟的石油；5G是道路，決定信息的傳輸速度；晶片是核心，是數據分析的大腦。

不管是工業網際網路、人工智慧、虛擬現實、影音娛樂、汽車數碼，新產業的發展都要圍繞這三個行業進行，所以大數據、5G和半導體晶片是工業4.0的根基，是所有新興行業的根本，那么半導體晶片到底是怎樣的一個行業？

半導體分為四類產品，分別是集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器。

其中規模最大的是集成電路。

從半導體產業鏈上下游來看：

半導體設備和材料處於產業鏈上游，是推動技術進步的關鍵環節。

半導體設備和材料應用於集成電路（IC）、LED、MEMS、分立器件等領域，其中以IC領域的占比和技術難度最高。

IC製造分為前道、後道，以及中道製程，主要有氧化爐、PVD、CVD、光刻、塗膠顯影、刻蝕、CMP、晶圓鍵合、離子注入、清洗、測試、減薄、劃片、引線鍵合、電鍍等設備，半導體材料主要包括襯底（矽片/藍寶石/GaAs等）、光刻膠、電子氣體、濺射靶材、CMP材料、掩膜版、電鍍液、封裝基板、引線框架、鍵合絲、塑封材料等。

一、半導體製造工藝流程及其需要的設備和材料

半導體產品的加工過程主要包括晶圓製造和封裝測試，隨著先進封裝技術的滲透，出現介於晶圓製造和封裝之間的加工環節，稱為中道。

由於半導體產品的加工工序多，所以在製造過程中需要大量的半導體設備和材料。

在這裡，我們以最為複雜的晶圓製造（前道）和傳統封裝（後道）工藝為例，說明製造過程的所需要的設備和材料。

晶圓生產線可以分成7個獨立的生產區域：擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、拋光、金屬化。

這7個主要的生產區和相關步驟以及測量等都是晶圓潔凈廠房進行的。

在這幾個生產區都放置有若干種半導體設備，滿足不同的需要。

例如在光刻區，除了光刻機之外，還會有配套的塗膠/顯影和測量設備。

二、主要半導體設備及所用材料

1、氧化爐

設備功能：為半導體材料進行氧化處理，提供要求的氧化氛圍，實現半導體預期設計的氧化處理過程，是半導體加工過程的不可缺少的一個環節。

所用材料：矽片、氧氣、惰性氣體等。

2、PVD（物理氣相沉積）

設備功能：通過二極濺射中一個平行於靶表面的封閉磁場，和靶表面上形成的正交電磁場，把二次電子束縛在靶表面特定區域，實現高離子密度和高能量的電離，把靶原子或分子高速率濺射沉積在基片上形成薄膜。

所用材料：靶材、惰性氣體等。

3、PECVD

設備功能：在沉積室利用輝光放電，使反應氣體電離後在襯底上進行化學反應，沉積半導體薄膜材料。

所用材料：特種氣體（前驅物、惰性氣體等）。

4、MOCVD

設備功能：以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延，生長各種Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。

所用材料：特種氣體（MO源、惰性氣體等）。

5、光刻機

設備功能：將掩膜版上的圖形轉移到塗有光刻膠的襯底（矽片）上，致使光刻發生反應，為下一步加工（刻蝕或離子注入）做準備。

所需材料：光刻膠等

6、塗膠顯影機

設備功能：與光刻機聯合作業，首先將光刻膠均勻地塗到晶圓上，滿足光刻機的工作要求；然後，處理光刻機曝光後的晶圓，將曝光後的光刻膠中與紫外光發生化學反應的部分除去或保留下來。

所用材料：光刻膠、顯影液等。

7、檢測設備（CDSEM、OVL、AOI、膜厚等）

設備功能：通過表征半導體加工中的形貌與結構、檢測缺陷，以達到監控半導體加工過程，提高生產良率的目的。

所用材料：特種氣體等。

8、干法刻蝕機

設備功能：平板電極間施加高頻電壓，產生數百微米厚的離子層，放入式樣，離子高速撞擊式樣，實現化學反應刻蝕和物理撞擊，實現半導體的加工成型。

所用材料：特種氣體等。

9、CMP（化學機械研磨）

設備功能：通過機械研磨和化學液體溶解「腐蝕」的綜合作用，對被研磨體（半導體）進行研磨拋光。

所用材料：拋光液、拋光墊等。

10、晶圓鍵合機

設備功能：將兩片晶圓互相結合，並使表面原子互相反應，產生共價鍵合，合二為一，是實現3D晶圓堆疊的重要設備。

所用材料：鍵合膠等。

11、濕製程設備（電鍍、清洗、濕法刻蝕等）

設備功能：電鍍設備：將電鍍液中的金屬離子電鍍到晶圓表面，以形成金屬互連；清洗設備：去除晶圓表面的殘餘物、污染物等；濕法刻蝕設備：通過化學刻蝕液和被刻蝕物質之間的化學反應將被刻蝕物質剝離下來。

所用材料：電鍍液、清洗液、刻蝕液等。

12、離子注入

設備功能：對半導體材料表面附近區域進行摻雜。

所用材料：特種氣體等。

13、晶圓測試（CP）系統

設備功能：通過探針與半導體器件的pad接觸，進行電學測試，檢測半導體的性能指標是否符合設計性能要求。

所用材料：NA。

14、晶圓減薄機

設備功能：通過拋磨，把晶圓厚度減薄。

所用材料：研磨液等。

15、晶圓劃片機

設備功能：把晶圓切割成小片的Die。

所用材料：劃片刀、劃片液等。

16、引線鍵合機

設備功能：把半導體晶片上的Pad與管腳上的Pad，用導電金屬線（金絲）連結起來。