半導體製程說明｜從材料開始，6步驟帶你認識晶圓誕生的製作過程
半導體製程會經過哪些步驟？本文從半導體是什麼開始，帶你認識常見的半導體材料有哪些，說明日常生活中的半導體用途為何，透過 6 個步驟介紹半導體元件製造過程，最後推薦專業的半導體製程設備廠商「霖豐」。
一、半導體是什麼？半導體元件又是什麼？
（一）何謂半導體？生活中無處不在的半導體用途有哪些？
半導體是一種具有特殊導電性的材料，它的電傳導性介於導體（如銅、銀）和絕緣體（如橡膠、玻璃）之間，因此被稱為「半導體」。
半導體可以透過外在電場、光照、溫度等因素來控制導電性，藉由導電率變化來處理各種不同且複雜的資訊與指令，同時搭配電路設計和電腦運算邏輯，製作出我們生活中的各種電子產品，例如手機、電腦、汽車、電視、冰箱、洗衣機等。
此外，半導體製成的自動化設備也被廣泛用韻在工業和製造業中，包含機械手臂、智能機器人等設備，都有半導體的存在。
半導體可以透過外在電場、光照、溫度等因素來控制導電性，藉由導電率變化來處理各種不同且複雜的資訊與指令，同時搭配電路設計和電腦運算邏輯，製作出我們生活中的各種電子產品，例如手機、電腦、汽車、電視、冰箱、洗衣機等。
此外，半導體製成的自動化設備也被廣泛用韻在工業和製造業中，包含機械手臂、智能機器人等設備，都有半導體的存在。
（二）認識積體電路（IC）的最小單位：半導體元件
前段提及，半導體存在於生活中常見的電腦、手機等電子產品中，其原理是透過將無數個半導體製作成的「半導體元件」結合成「積體電路」（IC 晶片），以控制電流通行、處理資訊。
根據電流控制的方式不同，半導體元件主要可分為 2 大類：
根據電流控制的方式不同，半導體元件主要可分為 2 大類：
1. 二極體（Diode）
二極體是一種具有單向導電性的半導體元件，只允許電流單向流動。舉例而言，它就像是水庫的閘門，打開時會讓水往外流，無法讓水往水庫內流動。
2. 電晶體（Transistor）
電晶體則是可以讓電流雙向通過的半導體元件，除了控制電流通過外，電晶體同時也具備電流放大、調節、穩定等多種功能，因此被廣泛運用在各種電路設計中。
二、半導體元件製造需要哪些材料？常見半導體材料介紹
電半導體材料依照原料性質可以分為「元素材料」和「化合物材料」2 種，以下帶大家認識常見的半導體材料有哪些。
（一）常見的元素半導體材料
電元素半導體材料是指由「單一元素」製作成半導體，其中最常聽到、應用最廣泛的元素就是「矽」（Silicon，化學符號 Si）。
因為矽的取得相對容易且成本便宜，在半導體技術發展的初期成為主流材料之一，直到現在多數廠商仍使用矽作為主要的半導體製作材料。
除了矽以外，鍺（Germanium，化學符號 Ge）也是常見的元素半導體之一，不過由於鍺的提純較為不易，且穩定性較差，因此逐漸被矽取代。
因為矽的取得相對容易且成本便宜，在半導體技術發展的初期成為主流材料之一，直到現在多數廠商仍使用矽作為主要的半導體製作材料。
除了矽以外，鍺（Germanium，化學符號 Ge）也是常見的元素半導體之一，不過由於鍺的提純較為不易，且穩定性較差，因此逐漸被矽取代。
（二）常見的化合物半導體材料
電隨著應用需求的提升與科技發展，開始出現使用 2 種元素以上組成的「化合物半導體」，根據元素組合的成分不同，可以賦予半導體元件更豐富的控制特性，讓半導體可製造的電子產品更為廣泛。
常見的化合物半導體材料包含：
常見的化合物半導體材料包含：
- 砷化鎵（化學式 GaAs）：砷化鎵具有電子移動速度較快的特性，而且耐高溫與高電壓，通常被運用在光通訊傳輸、高頻率電子產品中。
- 氮化鎵（化學式 GaN）：因為氮化鎵半導體可以承載的能量比矽半導體更高，在高功率傳輸上受到矚目，因此常被運用在電動車的製造中，幫助降低充電時間。
- 碳化矽（化學式 SiC）：碳化矽在高溫下能維持穩定的運作，且電流通過時產生的熱能散逸相對較低，降低能源消耗的特性使其經常被運用在電動車充電樁上。
三、半導體製程很複雜？半導體製程順序詳細解說！
認識完半導體原料後，接著將介紹半導體製作流程，從晶圓的誕生到測試封裝會經過哪些步驟呢？
半導體製造流程第 1 步：製作晶圓
透過高溫熔煉等方式將原始材料的表面雜質、有機殘留物等髒污清除後，保留乾淨純粹的原始材料，接著將材料提煉，透過蒸餾純化產生「多晶矽」。
將多晶矽與硼酸、磷放入高溫鍋中熔煉後，將單晶矽棒進入熔煉液體中旋轉拉起，融化的多晶矽會附著在單矽晶棒表面，冷卻凝固後就會變成排列整齊的單晶矽棒。
剛製作完成的單晶矽棒表面並不平整，因此會需要透過研磨加工調整成為符合晶圓尺寸規格的圓柱形。
矽棒調整成合適尺寸後，就可以切成薄片，也就是我們俗稱的「晶圓」。不過晶圓經過切割，表面相當粗糙，必須經過拋光、研磨和仔細清潔等程序後，才能用於晶片製造。
將多晶矽與硼酸、磷放入高溫鍋中熔煉後，將單晶矽棒進入熔煉液體中旋轉拉起，融化的多晶矽會附著在單矽晶棒表面，冷卻凝固後就會變成排列整齊的單晶矽棒。
剛製作完成的單晶矽棒表面並不平整，因此會需要透過研磨加工調整成為符合晶圓尺寸規格的圓柱形。
矽棒調整成合適尺寸後，就可以切成薄片，也就是我們俗稱的「晶圓」。不過晶圓經過切割，表面相當粗糙，必須經過拋光、研磨和仔細清潔等程序後，才能用於晶片製造。
半導體製造流程第 2 步：晶圓加工
接下來就會進入到最重要的步驟「晶圓加工」，這是在晶圓上刻出電路設計圖的重要步驟，晶圓加工又可以分為以下 5 個階段：
1. 化學氣相沉積（CVD）
將氣體化學物質送到裝有晶圓的設備內，氣體會在晶圓表面上產生化學反應，形成一層二氧化矽薄膜。
2. 塗上光阻劑
在鋪了二氧化矽薄膜的晶圓上，均勻塗上一層光阻劑，形成光阻膜，讓電路圖可以順利拓印在晶圓上。
3. 曝光與顯影
將電路圖覆蓋在紫外光罩上，紫外光照射後，被照射的光阻劑會和紫外光產生光化學反應，接者使用顯影劑浸泡晶圓片，清洗被照射到的光阻劑，保留未被照射到的光阻劑，透過光阻劑在晶圓上畫出電路圖模板。
4. 蝕刻
利用酸性或鹼性的溶液，依照光阻層模板侵蝕二氧化矽層，在晶圓上雕刻出電路設計圖。
5. 清除光阻劑與晶圓清潔
最後，透過化學、熱力或機械方式清除殘留的光阻劑，並利用超音波清洗、無機溶劑或表面活性劑等方式，將晶圓片清洗乾淨就完成晶圓加工了！
半導體製造流程第 3 步：離子植入
由於純淨的矽不會導電，因此若想讓刻完電路的晶圓產生導電性，需要在晶圓中加入雜質，讓晶圓成為可以控制電流的重要零件，此時就需要「離子植入」這個步驟。
在離子植入的步驟中，會將晶圓放入儀器中，透過電場加速特定離子，將離子作為雜質射進晶圓中，搭配先前運用到的光阻和顯影手法，也能將離子植入到指定範圍內，達到不同的導電效果。
原本排列整齊的矽晶體晶圓片，會因為離子闖入造成結構混亂，此時就必須將晶圓片加熱，讓晶圓中的矽和離子重新排列整齊，離子也會平均分佈在植入的區域中。
在離子植入的步驟中，會將晶圓放入儀器中，透過電場加速特定離子，將離子作為雜質射進晶圓中，搭配先前運用到的光阻和顯影手法，也能將離子植入到指定範圍內，達到不同的導電效果。
原本排列整齊的矽晶體晶圓片，會因為離子闖入造成結構混亂，此時就必須將晶圓片加熱，讓晶圓中的矽和離子重新排列整齊，離子也會平均分佈在植入的區域中。
半導體製造流程第 4 步：測試晶圓
一片晶圓上會由許多格狀的裸晶組成，在測試階段，測試廠會使用探針檢查每個裸晶的電氣特性，如果表現不佳，裸晶就會被畫上標記。
半導體製造流程第 5 步：切割晶圓
檢查完畢的晶圓，會被貼在一片圓形膠帶上，並送進機器切割，將每顆裸晶分離，品質良好、通過測試的裸晶就會被挑出來，進入到封裝階段。
半導體製造流程第 6 步：封裝裸晶
裸晶會被黏在 IC 載板上，並透過焊接接。通裸晶與載板的電路，將裝有裸晶的載板送進模具中，注入融化的環氧樹脂，待環氧樹脂冷卻硬化後，就成為裸晶最堅固的保護膜。
最後，只要在封裝完的晶片上印上製造商、料號、批號等晶片資訊，就大功告成了！
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四、半導體製程設備推薦｜提供豐富製程設備與零件的霖豐
半導體晶圓製作是相當複雜且細緻的過程，在每個步驟都要精準控制化學液體的用量，才能確保晶圓成品的品質與穩定性，因此，一套精準且專業的製程設備是不可或缺的。
霖豐成立於 1984 年，早期專注於各類化學品的買賣，而後進一步拓展事業版圖，開始接觸到矽晶製程，替國外工程儀器設備代理台灣銷售業務，包含半導體原料、化學用品、化學品自動供應系統、化工耐酸鹼泵浦、MFC 流量計等製程與檢測設備。
霖豐秉持著「誠信、專業、共榮」的精神，不斷追求專業進步，也與客戶合作開發全新技術，並嚴守商業機密，深得客戶信賴。
四十多年來，霖豐替台灣許多半導體產業引進專業的製程設備與零組件，更利用對化學品特性的熟悉與了解，替工廠設計廢水與化學廢棄物回收管線配置，幫助企業降低化學汙染、打造綠色供應鏈。
霖豐成立於 1984 年，早期專注於各類化學品的買賣，而後進一步拓展事業版圖，開始接觸到矽晶製程，替國外工程儀器設備代理台灣銷售業務，包含半導體原料、化學用品、化學品自動供應系統、化工耐酸鹼泵浦、MFC 流量計等製程與檢測設備。
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