半导体 nm制程

神秘的处理器制程工艺摩尔定律指导集成电路(IC，Integrated Circuit)工业飞速发展到今天已经40多年了。

在进入21世纪的第8个年头，各类45nm芯片开始批量问世，标志着集成电路工业终于迈入了低于50nm的纳米级阶段。

而为了使45nm工艺按时“顺产”，保证摩尔定律继续发挥作用，半导体工程师们做了无数艰辛的研究和改进—这也催生了很多全新的工艺特点，像大家耳熟能详的High-K、沉浸式光刻等等。

按照业界的看法，45nm工艺的特点及其工艺完全不同于以往的90nm、65nm，反而很多应用在45nm制程工艺上的新技术，在今后可能贯穿到32nm甚至22nm阶段。

今天就让我们通过一个个案例，来探索一下将伴随我们未来5年的技术吧。

你能准确说出45nm是什么宽度吗？得益于厂商与媒体的积极宣传，就算非科班出身，不是电脑爱好者的大叔们也能知道45nm比65nm更加先进。

但如果要细问45nm是什么的长度，估计很多人都难以给出一个准确的答案。

而要理解这个问题，就要从超大规模集成电路中最基本的单元—MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体)晶体管说起。

我们用半导体制作MOS管就是利用其特殊的导电能力来传递0或者1的数字信号。

在栅极不通电的情况下，源区的信号很难穿过不导电的衬底到达漏区，即表示电路关闭(数字信号0)；如果在栅极和衬底间加上电压，那么衬底中的电荷就会在异性相吸的作用下在绝缘氧化层下大量聚集，形成一条细窄的导电区，使得源区和漏区导通，那么电流就可以顺利从源区传递到漏区了(信号1)。

这便是MOS最基本的工作原理。

在一块高纯硅晶圆上(在工艺中称为“P型半导体衬底”)通过离子扩散的方法制作出两个N型半导体的阱——通俗地讲P型是指带正电的粒子较多，N型则是带负电的粒子比较多。

再通过沉积、光刻、氧化、抛光等工艺制造成如图中所示的MOS管，两个阱的上方分别对应源区(source)和漏区(drain)，中间的栅区(gate)和下方的衬底中间用一层氧化绝缘层隔开。

半导体的生产工艺流程1.晶圆制备：晶圆制备是半导体生产的第一步，通常从硅片开始。

首先，取一块纯度高达99.9999%的单晶硅，然后经过脱氧、精炼、单晶生长和棒状晶圆切割等步骤，制备出硅片。

这些步骤的目的是获得高纯度、无杂质的单晶硅片。

2.晶圆加工：晶圆加工是将硅片加工成具有特定电子器件的过程。

首先，通过化学机械抛光（CMP）去除硅片上的表面缺陷。

然后，利用光刻技术将特定图案投射到硅片上，并使用光刻胶保护未被刻蚀的区域。

接下来，使用等离子刻蚀技术去除未被保护的硅片区域。

这些步骤的目的是在硅片上形成特定的电子器件结构。

3.器件制造：器件制造是将晶圆上的电子器件形成完整的制造流程。

首先，通过高温扩散或离子注入方法向硅片中掺杂特定的杂质，以形成PN结。

然后，使用化学气相沉积技术在硅片表面沉积氧化层，形成绝缘层。

接下来，使用物理气相沉积技术沉积金属薄膜，形成电压、电流等电子元件。

这些步骤的目的是在硅片上形成具有特定功能的电子器件。

4.封装测试：封装测试是将器件封装成实际可使用的电子产品。

首先，将器件倒装到封装盒中，并连接到封装基板上。

然后，通过线缆或焊接技术将封装基板连接到主板或其他电路板上。

接下来，进行电极焊接、塑料封装封装，形成具有特定外形尺寸和保护功能的半导体芯片。

最后，对封装好的半导体芯片进行功能性测试和质量检查，以确保其性能和可靠性。

总结起来，半导体的生产工艺流程包括晶圆制备、晶圆加工、器件制造和封装测试几个主要步骤。

这些步骤的有机组合使得我们能够生产出高性能、高效能的半导体器件，广泛应用于电子产品和信息技术领域。

半导体制程节点，可以看作是摩尔定律下，集成电路芯片集成度大小的一个指标，例如180nm、130nm、90nm、65nm、45nm、28nm、14nm、7nm、5nm、3nm等，这些数字就是表示半导体工艺的"技术节点（technology
node）"，也称作"工艺节点"。

长期以来，栅极长度和半间距Half-pitch（芯片上两个相同特征之间的距离的一半）与工艺节点名称相匹配，但最后一次以栅极长度命名是1997年，之后半间距数继续与节点名匹配，但从实际意义上不再与之相关。

但是各个厂家真正的工艺节点发展和规划不一定是完全一致的，有时候芯片厂商为了确保实现制造工艺的平稳过渡，会生产"半节点"产品，所以市场上出现120nm、110nm、80nm、70nm等不符合0.7倍的工艺节点也是常见的。

揭秘半导体制造全流程每个半导体产品的制造都需要数百个工艺，整个制造过程大体可分为八个步骤：晶圆加工-氧化-光刻-刻蚀-薄膜沉积-互连-测试-封装。

第一步晶圆加工所有半导体工艺都始于一粒沙子！因为沙子所含的硅是生产晶圆所需要的原材料。

晶圆是将硅(Si)或砷化镓(GaAs)制成的单晶柱体切割形成的圆薄片。

要提取高纯度的硅材料需要用到硅砂，一种二氧化硅含量高达5N（99.999%）的特殊材料，也是制作晶圆的主要原材料。

晶圆加工就是制作获取上述晶圆的过程。

1.铸锭首先需将沙子与碳加热，发生还原反应，得到一氧化碳和硅，并不断重复该过程直至获得超高纯度的电子级硅(EG-Si)。

高纯硅熔化成液体，利用提拉发再凝固成单晶固体形式，称为“锭”，这就是半导体制造的第一步。

需要注意的是：单晶硅锭(硅柱)的制作精度要求很高，其圆整度误差要控制在纳米级。

2.锭切割前一个步骤完成后，需要用金刚石锯切掉铸锭的两端，再将其切割成一定厚度的薄片。

锭薄片直径决定了晶圆的尺寸，更大更薄的晶圆能被分割成更多的可用单元，有助于降低生产成本。

切割硅锭后需在薄片上加入“平坦区”或“凹痕”标记，方便在后续步骤中以其为标准设置加工方向。

3.晶圆表面抛光通过上述切割过程获得的薄片被称为“裸片”，即未经加工的“原料晶圆”。

裸片的表面凹凸不平，无法直接在上面印制电路图形。

因此，需要先通过研磨和化学刻蚀工艺去除表面瑕疵，然后通过抛光形成光洁的表面，再通过清洗去除残留污染物，即可获得表面整洁的成品晶圆。

第二步氧化氧化过程的作用是在晶圆表面形成保护膜。

它可以保护晶圆不受化学杂质影响、避免漏电流进入电路、预防离子植入过程中的扩散以及防止晶圆在刻蚀时滑脱。

氧化过程的第一步是去除杂质和污染物（有机物、金属等杂质及蒸发残留的水分），清洁完成后就可以将晶圆置于800至1200摄氏度的高温环境下，通过氧气或蒸气在晶圆表面的流动形成二氧化硅(即“氧化物”)层。

氧气扩散通过氧化层与硅反应形成不同厚度的氧化层，可以在氧化完成后测量它的厚度。

半导体纳米制程
半导体纳米制程是使用纳米尺度的工艺方法和技术来制造半导体器件的制程。

通常情况下，半导体纳米制程的特点包括以下几个方面：
1. 尺寸缩小：纳米制程相对于传统的微米制程具有更小的特征尺寸。

通过使用纳米级别的光刻、薄膜沉积、离子注入等工艺方法，可以将半导体器件的尺寸缩小到纳米级别，从而实现更高的集成度和更快的运算速度。

2. 控制精度：纳米制程要求对材料的制备和处理具有更高的控制精度。

例如，需要精确控制薄膜的厚度、材料的组成以及表面的形貌，以保证纳米级别的器件性能和可靠性。

3. 新材料应用：在纳米制程中，常常需要使用新型材料，例如碳纳米管、量子点等。

这些材料在纳米级别的器件中具有独特的电学、热学和光学性质，可以为半导体器件的性能提供新的突破。

4. 工艺复杂性增加：纳米制程相对于传统的微米制程更加复杂。

由于纳米级别的结构和尺寸要求，制程过程中需要更精密的设备和更复杂的工艺控制手段。

例如，需要使用高分辨率的光刻和显微镜设备，以及更精细的纯化和控制环境，以保障制程品质。

综上所述，半导体纳米制程是半导体制造工艺的高级形式，其使用纳米级别的技术和方法，以实现更小的尺寸、更高的控制
精度和更复杂的制程流程，从而实现半导体器件的更高性能和集成度。

半导体制程工艺流程及设备嘿，你有没有想过，那些小小的芯片是怎么被制造出来的呢？今天呀，我就来给你讲讲半导体制程工艺流程以及用到的设备，这可真是个超级有趣又超级复杂的事儿呢！咱先从最开始的晶圆制造说起。

晶圆就像是盖房子的地基一样，是整个半导体的基础。

晶圆是由硅这种材料制成的，你可别小看硅，它就像半导体世界里的超级明星。

这硅啊，要经过一系列的处理。

首先是提纯，这过程就像是把一堆沙子里的金子给挑出来一样困难。

要把硅提纯到非常非常高的纯度，几乎没有杂质才行。

我有个朋友在硅提纯的工厂工作，他就经常跟我抱怨说：“哎呀，这提纯工作可真不是人干的呀，一点点的差错就可能毁了一整批硅呢！”提纯之后呢，就要把硅做成圆柱体的硅锭，然后再把这个硅锭切割成一片片薄薄的晶圆。

这个切割过程可得非常小心，就像切一块超级薄的豆腐一样，一不小心就碎了。

这时候就用到了专门的切割设备，那些设备就像是精密的手术刀，把硅锭精准地切成一片片的晶圆。

有了晶圆之后，就要开始在上面进行各种加工了。

这就像是在一张白纸上画画一样，只不过这个画画的过程超级复杂。

其中一个重要的步骤是光刻。

光刻呀，你可以想象成是用光照在晶圆上画画。

这时候就需要光刻设备了，光刻设备就像是一个超级厉害的投影仪。

它把设计好的电路图案通过光线投射到晶圆上，而且这个图案超级精细，就像头发丝的千分之一那么细呢！我记得我第一次看到光刻图案的时候，我都惊呆了，我就想：“我的天呐，这怎么可能做到这么精细呢？”我当时就问一个做光刻的工程师，他就很自豪地说：“这就是科技的力量呀，我们通过各种技术手段才能把图案刻得这么精细呢。

”光刻完了之后，就是蚀刻。

蚀刻就像是把光刻出来的图案进行雕刻一样，把不需要的部分去掉，只留下我们想要的电路图案。

这就好比是雕刻一个石像，把多余的石头去掉，留下精美的雕像。

蚀刻用到的设备会喷出一些化学物质，这些化学物质就像小雕刻家一样，把晶圆上的材料按照光刻的图案进行去除。

不过这个过程可危险了，那些化学物质可都是腐蚀性很强的东西，就像一群小恶魔，要是不小心泄露了，可就会造成大麻烦。

半导体从um级制造到nm级制造我们每周对于半导体行业的思考进行梳理，从产业链上下游的交叉验证给予我们从多维度看待行业的视角和观点，并从中提炼出最契合投资主线的逻辑和判断。

回归到基本面的本源，从中长期维度上，扩张半导体行业成长的边界因子依然存在，下游应用端以5G/新能源汽车/云服务器为主线，具化到中国大陆地区，我们认为“国产替代”是当下时点的板块逻辑，“国产替代”下的“成长性”优于“周期性”考虑。

半导体制造行业有三大壁垒：技术壁垒、资金壁垒、人才壁垒。

技术壁垒：摩尔定律推动着半导体制程的发展，同时行业集中度提升，越先进的制程，能生产的玩家越少，10nm以下制程只剩下英特尔、三星、台积电三个玩家。

存储芯片市场也受到拥有先进制程的三星、美光、海力士的瓜分。

资金壁垒：半导体制造行业是资本密集型行业，半导体制造厂商需要持续不断投入工艺制程和产品结构的研发。

自上世纪90年代以来，半导体行业在研发强度方面一直领先于所有其他主要行业，每年用于研发的支出平均约占总销售额的15%。

人才壁垒：半导体制造行业是受研发和技术驱动的行业，对人才和技术极为看重。

《中国集成电路产业人才白皮书(2018-2019年版)》预计中国IC制造行业人才2021年需求达到24.6万，比2019年多10.2万，因此半导体行业成为了国内引进人才最多的行业。

市场需求方面，半导体制造企业面向受到摩尔定律主导的市场和超越摩尔定律的应用市场。

摩尔定律主导的市场是半导体市场的主战场，主要包括CPU、存储、矿机等市场。

计算机、手机迭代，服务器市场激增带来庞大体量的订单给代工厂带来高额营收。

超越摩尔定律的市场包括射频、功率器件、传感器等市场，而这些市场专业度更高，需要综合考虑性能、集成度和成本。

中国半导体产业正处于产业升级的关键阶段，国内半导体制造公司崛起迎来机遇。

从国内半导体设计制造封测销售额看，半导体制造销售量在三者一直是最低者。

1.先进制程需要大量的工艺研发和资本投入，能负担大额成本投入的晶圆厂越来越少，摩尔定律放缓给国内制造企业提供了赶超的机会。

《半導體製造流程》半導體元件製造過程可概分為晶圓處理製程（Wafer Fabrication；簡稱Wafer Fab）、晶圓針測製程（Wafer Probe）、構裝（Packaging）、測試製程（Initial Test and Final Test）等幾個步驟。

一般稱晶圓處理製程與晶圓針測製程為前段（Front End）製程，而構裝、測試製程為後段（Back End）製程。

半導體元件製造過程可示意如下圖：C h e c k B o x1一、晶圓處理製程晶圓處理製程之主要工作為在矽晶圓上製作電路與電子元件（如電晶體、電容體、邏輯閘等），為上述各製程中所需技術最複雜且資金投入最多的過程，以微處理器（Microprocessor）為例，其所需處理步驟可達數百道，而其所需加工機台先進且昂貴，動輒數千萬一台，其所需製造環境為為一溫度、濕度與含塵量（Particle）均需控制的無塵室（Clean-Room），雖然詳細的處理程序是隨著產品種類與所使用的技術有關；不過其基本處理步驟通常是晶圓先經過適當的清洗（Cleaning）之後，接著進行氧化（Oxidation）及沈積，最後進行微影、蝕刻及離子植入等反覆步驟，以完成晶圓上電路的加工與製作。

二、晶圓針測製程經過Wafer Fab之製程後，晶圓上即形成一格格的小格，我們稱之為晶方或是晶粒（Die），在一般情形下，同一片晶圓上皆製作相同的晶片，但是也有可能在同一片晶圓上製作不同規格的產品；這些晶圓必須通過晶片允收測試，晶粒將會一一經過針測（Probe）儀器以測試其電氣特性，而不合格的的晶粒將會被標上記號（Ink Dot），此程序即稱之為晶圓針測製程（Wafer Probe）。

然後晶圓將依晶粒為單位分割成一粒粒獨立的晶粒，接著晶粒將依其電氣特性分類（Sort）並分入不同的倉（Die Bank），而不合格的晶粒將於下一個製程中丟棄。

三、IC構裝製程IC構裝製程（Packaging）則是利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與配線以成積體電路（Integrated Circuit；簡稱IC），此製程的目的是為了製造出所生產的電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。

28 nm制程节点掩膜版层数
摘要：
1.28 纳米制程节点的概述
2.掩膜版的概念和作用
3.28 纳米制程节点的掩膜版层数
4.28 纳米制程节点的技术挑战
5.我国在28 纳米制程节点的研究进展
正文：
【28 纳米制程节点的概述】
28 纳米制程节点是半导体工艺中的一个重要阶段，该阶段的技术特点是采用28 纳米的线宽，具有较高的集成度和性能。

28 纳米制程节点是半导体产业发展的关键，它为智能手机、平板电脑等电子产品提供了强大的性能支持。

【掩膜版的概念和作用】
掩膜版是半导体制造过程中的一种关键材料，它主要用于传递光刻图案到感光材料上。

在光刻过程中，掩膜版上的图案决定了最终形成的电路图案。

因此，掩膜版的质量和层数直接影响到半导体器件的性能和可靠性。

【28 纳米制程节点的掩膜版层数】
在28 纳米制程节点中，由于技术要求较高，掩膜版的层数也相应增加。

一般来说，28 纳米制程节点的掩膜版层数在20 层以上，包括底层、中间层和顶层等各种不同功能的掩膜版。

【28 纳米制程节点的技术挑战】
28 纳米制程节点的技术挑战主要包括：尺寸效应、漏电、可靠性等。

尺寸效应是指随着线宽的减小，晶体管的性能受到影响；漏电是指在低电压下，电流容易流失，导致器件性能下降；可靠性是指器件在长时间使用过程中，性能保持稳定的能力。

【我国在28 纳米制程节点的研究进展】
我国在28 纳米制程节点的研究方面取得了显著的进展。

我国已经成功研发出28 纳米的集成电路制造工艺，并在多家半导体企业中投入使用。