半导体领域知识 - 初级入门

知识问答

1. 一个晶圆上根据芯片的大小，可以生产几百、几千、几万个芯片。如下图：

2. 8寸晶圆指的是什么？5nm工艺指的是什么？

8寸晶圆指的是直径为175mm（17.5cm）的晶圆，下面是6/812/18寸晶圆的尺寸以及相关发展历程。目前拥有12寸线的厂商只有5家，一个12寸晶圆厂的成本需要上百亿美金。

5nm工艺指的是在一个具体的芯片上，有很多微型结构（千万、亿级别的晶体管），这些核心基本单元MOS管的栅极宽度尺寸来衡量工艺的精细程度，如果是5nm就被称为5nm工艺。

8寸的晶圆和12寸的晶圆同时用来生产同一工艺规格的芯片，出产处理器个数12英寸的会是8英寸晶圆的2.385倍，晶圆越大，衬底成本就越低，但是工艺要求更加难。

3. 半导体产业链包括哪些过程？

包括4个过程：

1、IC设计：指的是集成电路设计。手机、电脑、智能设备运行逻辑都要在这个时候定好;

2、晶圆制造：因为集成电路需要做到一个晶片上，晶片是从砂石里层层提炼出来的东西，中间有拉晶、切割的工艺，要用到熔炼炉、CVD设备、单晶炉和切片机这几样设备。

3、晶圆加工：就是在上一步做好的晶圆基础上，把集成电路做到上面去主要包含镀膜、光刻、刻蚀、离子注入这些工艺。这也需要多项设备来实现。

4、封测：就是封装+测试。目的是把上面做好的集成电路放到保护壳中，防止损坏、腐蚀。要用到切割减薄设备、引线机、键合机、分选测试机等设备。

最后，芯片就成品了。

4. 半导体行业运作模式

IDM(Integrated Device Manufacture)模式：集芯片设计、芯片制造、芯片封装和测试等多个产业链环节于一身。三星、德州仪器(TI)。

Fabless(无晶圆工厂供应商)模式：只负责芯片的电路设计与销售;将生产、测试、封装等环节外包。海思、联发科(MTK)、博通(Broadcom)。

Foundry(代工厂)模式：只负责制造、加工、封装和测试的其中一个环节;不负责芯片设计;可以同时为多家设计公司提供服务。台积电、中芯国际（SMIC）、联华电子（UMC）、Global Foundry（格罗方德半导体）。

OSAT（半导体封装测试服务）模式：主要负责封装测试，日月光、矽品、安靠、长电科技等。

5. 芯片加工过程

依产品种类不同，产品所需的加工道次约 400 至 600 道，加工时间 2-3 个月，可分为晶圆、芯片、封测三大部分，下面一一介绍

沙子->高纯度硅片->切割成晶圆（wafer）
晶圆（wafer）-> 光刻、刻蚀、抛光、薄膜、注入-> 晶体管结构（基础器件） -> 光刻、刻蚀、抛光、薄膜、-> 金属层连线(类似导线) -> 加工后的晶圆（wafer）
加工后的晶圆（wafer）-> 封装、测试-> 产品晶圆（wafer）

加工过程其实是先在晶圆表面制造基础元器件（晶体管），然后再将这些基础晶体管用导线连接起来，形成各种用途的电路。

参考：

最强科普 | 如何进行半导体芯片制造，及芯片产业链剖析

半导体制造工艺科普|半导体行业观察

图解intel芯片生产全过程

芯片是怎么制造的？看完这篇你就懂了！

芯片里面有几千万的晶体管是怎么实现的？

芯片制造的过程

中芯国际芯片工艺流程

【中英字幕】芯片制造介绍和光刻技术——英飞凌Infineon

【光刻机】带你了解光刻机以及芯片生产制造过程

【回形针PaperClip】如何在纳米尺度雕刻芯片？

如何制造CPU _微芯片（动画）

显微镜下的集成电路

半导体制造工艺后段

6. 晶圆厂的布局

晶圆厂布局大都按照区域进行划分，如扩散区（DIFF）、光刻（Photo）、刻蚀（ETCH 干法、湿法）、离子注入、薄膜生长（TF）、抛光区（CMP），不同公司可能稍有区别。

7. 半导体工业系统软件

EAP设备自动化系统

DMS/YMS良率管理系统MES制造执行系统（Manufacturing Execution System）

APC先进过程控制（Advanced Process Control，APC）

SPC统计过程控制

TCAD 半导体工艺和器件仿真软件（Technology Computer Aided Design）

DOE试验设计

CAE 半导体设备与制造工艺仿真

FDC缺陷检测与分类系统(FDC)

参考：

半导体工业软件（零）：缘起

8. 前端工艺与后端工艺的区分

一般以金属层作为划分，晶圆加工过程中：

前段工艺（FEOL the front end of line）：晶体管的构建

后段工艺（BEOL the back end of line）：金属层连接

也有如下划分的：

FEOL:前段,主要包含浅槽隔离模组，阱形成模组，器件模组

MEOL:中段,一般指接触孔模组

BEOL:后段,主要包含金属互连线模组

也有对制程进行划分的：

前段制程：晶圆制造加工

后段制程：封装测试

参考：

55/65nm 半导体制造工艺后段

9. 半导体领域常见的名词

flow:流程

lot:批次一批次一般有25片晶圆（wafer）

WAT wafer acceptance test 晶片验收测试

CP Chip Probing,晶圆测试

FT 最终测试

PE：主要负责产品制造工艺的设计和贯彻、NPI/OI制作、Standard Time 的制订、生产流程的改善等

PIE：Process Integration Engineer。工艺整合工程师负责提升工艺技术、提升产品质量，整合诸多个部门资源等。

PIE与PE的最大区别在于，PIE最关心的是自己的产品的WAT电性能参数的CPK稳定性，PE最关心的是自己管的制程中各种参数的CPK稳定性，所以PIE的强项在于电性能参数和全套制程流程的结合。

WAT（PCM）电性能参数，包括Ion（离子）, Vt（阈值电压）, Ioff（截止电流）, Break down voltage（击穿电压）, Rs（薄层电阻）, Rc（接触电阻）等等

CMOS：互补式金属氧化物半导体（Complementary metal–oxide–semiconductor），也就是将 NMOS 和 PMOS 两者做结合，形成 CMOS

MOSFET：金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）

via：导孔

Trench ：沟槽

质量管理五大工具

1.统计过程控制（SPC，Statistical Process Control）；

2.测量系统分析（MSA，Measurement System Analyse）；

3.失效模式和效果分析（FMEA，Failure Mode & Effect Analyse）；

4.产品质量先期策划（APQP，Advanced Product Quality Planning）；

5.生产件批准程序（PPAP，Production Part Approval Process）。

参考：

IE、PE、PIE这三个职称的区别有哪些？

质量管理五大工具

10. 场效应晶体管结构发展历程

平面型FET -> FinFET -> 栅极环绕（GAA）

还有一种FD-SOI 结构与 FinFET是目前的主流

11. 综合行业报告分析

半导体全面分析（一）：两大特性，三大政策，四大分类！
半导体全面分析（二）：设计两大巨头、EDA三分天下、四大指令集！
半导体全面分析（三）：制造三大工艺，硅片五大巨头！
半导体全面分析（四）：晶圆四大工艺，落后两代四年！
半导体全面分析（五）：先进封装，验证检测，并道超车！
半导体全面分析（六）：千亿市场、三大设备、四大巨头！
半导体全面分析（七）：千亿市场，三代四大材料，国内三大梯队！
半导体全面分析（八）：产业转移，紫光海思，投资时钟！
西南-半导体行业投资框架分析和调研报告

12. 芯片的直观感受

显微镜下的集成电路

晶圆级别

一个晶圆上大约有几百、几千芯片（一个小方格是一个芯片）

芯片级别

一个芯片上有上亿个晶体管（目前发展百亿级别）

A4芯片（35nm工艺）含3000多万晶体管

A8处理器（20nm工艺）含30亿晶体管

A13芯片（7nm工艺）含有85亿

麒麟990芯片5G版芯片已经含有103亿晶体管

芯片内的晶体管（从芯片到晶体管）

晶体管级别

一个晶体管的制作过程

1个晶体管与6个晶体管（多个晶体管互联构成电路）