半导体制造工艺流程

半导体制造工艺过程非常多，据说有几百甚至几千个步骤。一个百亿投资的工厂做的可能也只是其中的一小部分工艺过程。对于这么复杂的工艺，可分为五个大类进行解说：晶圆制造、光刻蚀刻、离子注入、薄膜沉积、封装测试。另一种划分：每个半导体元件产品的制造都需要数百道工序。经过整理，整个制造过程分为八个步骤：晶圆加工、氧化、照相、蚀刻、薄膜沉积、互连、测试、封装
一、半导体生产工艺
（1）晶圆制造(Wafer Manufacturing）又可分为以下5 个主要过程：
1、拉晶 Crystal Pulling： 掺杂多晶硅在1400度熔炼， 注入高纯氩气的惰性气体，将单晶硅“种子”放入熔体中，并在“拔出”时缓慢旋转。◈单晶锭直径由温度和提取速度决定。
2、晶圆切片 （Wafer slicing）：用精密的“锯(Saw)”将硅锭切成独立的晶圆。
3、晶圆研磨、侵蚀（Wafer lapping，etching）： 切片的晶圆片使用旋转研磨机和氧化铝浆料进行机械研磨，使晶圆片表面平整、平行，减少机械缺陷。 然后在氮化酸/乙酸溶液中蚀刻晶圆，以去除微观裂纹或表面损伤，然后进行一系列高纯度RO/DI水浴。
4、硅片抛光、清洗 (Wafer polishing and Cleaning)： 接下来，晶圆在一系列化学和机械抛光过程中抛光，称为CMP(Chemical Mechanical Polish)。 抛光过程通常包括两到三个抛光步骤，使用越来越细的浆液和使用RO/DI水的中间清洗。 使用SC1溶液(氨，过氧化氢和RO/DI水)进行最终清洗，以去除有机杂质和颗粒。然后，用HF除去天然氧化物和金属杂质，最后SC2溶液使超干净的新的天然氧化物在表面生长。
5、晶片外延加工 (Wafer epitaxial processing)：外延工艺(EPI)被用来在高温下从蒸汽生长一层单晶硅到单晶硅衬底上。 气相生长单晶硅层的工艺被称为气相外延(VPE)。
（2）光刻 (Photolithography）
近年大量提及的光刻机，只是众多工艺设备中的一个。即使是光刻，也有很多的工艺过程和设备。
1、光刻胶涂层 Photoresist coating：光刻胶是一种光敏材料。将少量光刻胶液体加在晶圆片上。晶圆片在1000到5000 RPM的速度下旋转，将光刻胶扩散成2到200um厚的均匀涂层。
2、图案准备 Pattern Preparation：IC设计人员使用CAD软件设计每层的图案。然后使用激光图案发生器或电子束将图案转移到具有图案的光学透明石英衬底(模板)上。
3、图案转移（曝光）：这里使用光刻机，将图案从模板上，投影复制到芯片层板上。
4、显影、烘烤： 曝光后，晶圆片在酸溶液或碱溶液中显影，以去除光刻胶的暴露区域。一旦除去暴露的光刻胶，晶圆片将在低温下“烘烤”以硬化剩余的光刻胶。
（3）蚀刻和离子注入 (Etching and Ion Implantation)
1、式和干式蚀刻： 在大型湿平台上进行化学蚀刻。不同类型的酸，碱和苛性碱溶液用于去除不同材料的选定区域。BOE，或缓冲氧化物蚀刻剂，由氟化铵缓冲的氢氟酸制备，用于去除二氧化硅，而不会蚀刻掉底层的硅或多晶硅层。
2、抗蚀剂剥离：然后光刻胶完全从晶圆上剥离，在晶圆上留下氧化物图案。
3、离子注入： 离子注入改变晶圆片上现有层内精确区域的电特性。离子注入器使用高电流加速器管和转向聚焦磁铁，用特定掺杂剂的离子轰击晶圆表面。
（4）薄膜沉积 (Thin Film Deposition)
薄膜沉积的方式和内容也比较多，下面逐个说明：
1、氧化硅：当硅在氧气中存在时，SiO2会热生长。氧气来自氧气或水蒸气。环境温度要求为900 ~ 1200℃。发生的化学反应是
2、化学气相沉积 Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积(CVD)通过热分解和/或气体化合物的反应在衬底表面形成薄膜。
（5）封装测试 (Post-processing)
1、晶圆测试 Probe Test：在最终线路制备完成后，使用自动化探针测试方法测试晶圆上测试器件，剔除不良品。
2、晶圆切割 Wafer Dicing：探针测试后，晶圆片被切成单个的芯片。
3、 接线、封装： 单个芯片连接到引线框架，铝或金引线通过热压缩或超声波焊接连接。

二、半导体周期
半导体，作为现代科技产业的支柱，也是自主可控的基石。其伴随着全球经济的波动往往有一定的周期性。将半导体行业数据分为销售/价格/库存/供给，共四大象限。每一象限均可从侧面反映半导体景气度。（1）销售：数据更新相对滞后，可作为后验判断；（2）价格：受需求影响波动较大，可用于高频跟踪；（3）库存：景气下行期滞后指标；上行期领先指标；（4）供给：牵涉到资本开支，决定了长期供给，同时对设备板块景气度具有指标性意义；
半导体的核心成长逻辑来自国产替代。近年来外部环境对于中国半导体产业限制持续加剧，随着特朗普成功就任，外部环境的变化更趋复杂化，先进制造、半导体设备及零部件、半导体材料等半导体产业链“卡脖子”核心环节自主可控需求迫切，国产替代有望加速推进，尤其在先进制造中持续突破的国产厂商，将会迎来重大发展机遇，看好当前国产化率亟待突破的先进制造、半导体设备等核心板块。我国半导体设备和材料国产化率低，设备种类繁多，多种细分设备国产化程度不足20%，是主要卡脖子的环节。半导体高端制程设备封锁，护城河非常深，无论是技术壁垒、客户验证壁垒、还是生态壁垒都非常高。国产企业需要攻坚克难，完成技术0-1突破，中低端导入，增大国产供应比例，逐步完成高端产品线国产替代。
1、半导体设备国产化率表

2. 半导体材料国产化情况表

建议关注以下细分领域：
AI芯片阶段：寒武纪、海光信息；恒玄科技、乐鑫科技、中科蓝讯、圣邦股份、晶丰明源、澜起科技、普冉股份等。
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