芯片的制造過程與三大主設備

• • 芯片制造過程
  • 前道工藝圖示
  • 半導體設備市場格局
  • 三種主設備

芯片制造過程

芯片（集成電路）制造就是在硅片上雕刻復雜電路和電子元器件（利用薄膜沉積、光刻、刻蝕等工藝），同時把需要的部分改造成有源器件（利用離子注入等）。

芯片的制造過程可以分為前道工藝和后道工藝¹。

前道是指晶圓制造廠的加工過程，在空白的硅片完成電路的
加工，出廠產品依然是完整的圓形硅片。

前道工藝：包括光刻、刻蝕、薄膜生長、離子注入、清洗、CMP、量測等工藝；

后道是指封裝和測試的過程，在封測廠中將圓形的硅片切割成單獨的芯片顆粒，完成外殼的封裝，最后完成終端測試，出廠為芯片成品。

后道工藝：包括減薄、劃片、裝片、鍵合等封裝工藝以及終端測試等。

相比后道工藝，前道工藝技術難度高，相對復雜。

前道工藝圖示

第一步：把硅片表面形成的SiO2薄膜層加工成需要的形狀²

通過氧化、光刻、刻蝕、去膠等一系列工藝進行。

圖示為一個標準流程示意，第一步的薄膜形成多數時候是采用沉積工藝（CVD、PVD等），只有少部分采用氧化。

CMP和清洗通常在流程后執行，為下一輪流程做準備。

量測在每一步關鍵步驟中測量和檢驗。

第二步：加工柵級

經過柵氧化層和多晶硅沉積、光刻和刻蝕之后，形成圖中的圖形。

注意柵級加工同樣經歷了涂光刻膠、光刻和顯影等流程，下圖做了省略。

第三步：加工源級與漏極

離子注入前需要進行涂膠、光刻和顯影，用光刻膠覆蓋住需要保護的區域，再進行離子注入。

第四步：加工絕緣層和導線層

金屬接觸孔和導線的制造過程，一般需要分別加工絕緣層和金屬導線層。

半導體設備市場格局

2020年中國大陸半導體市場銷售額187億美元，是全球第一大市場。

注：SEMI為國際半導體產業協會

前道工藝相關設備價值量更大。

全球范圍內的半導體設備龍頭企業以美國、日本和歐洲公司為主，呈現寡頭壟斷，CR5 市占率超過 65%。（下表數據不僅包括設備銷售額，還包括服務和支持等相關收入。）

三種主設備

在2020年半導體設備市場中，前道設備（晶圓制造）612億美元占比86.1%，后道設備（封裝測試）中的封裝設備38.5億美元占比 5.4% 以及測試設備60.1億美元占比8.5%。

根據2020年數據，光刻、刻蝕和薄膜生長是占比最高的前道設備，合計市場規模占比超過70%，這三類設備也是集成電路制造的主設備。

工藝過程測量設備是質量檢測的關鍵設備，份額占比達13%。

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【東興證券】電子行業：半導體設備系列報告之一，全行業框架梳理 ??

《半導體制造技術》 ??

總結

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