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從硅到芯片：你知道半導體如何一步步製造出來嗎？
半導體裝置製造是一個複雜的過程，負責生產多種晶片，包括微處理器、微控制器以及記憶體模組。在這個過程中，電子電路逐步形成在通常由純單晶矽製成的晶圓上。儘管矽是最常用的材料，但許多特殊應用使用各種化合物半導體進行生產。
半導體製造的關鍵在於一系列的光刻、物理和化學處理步驟，如熱氧化、薄膜沉積、離子植入和蝕刻等。
這些過程在高專業的半導體製造廠內進行，這些工廠通常被稱為「晶圓廠」。在晶圓廠的中央，是潔淨室，這是確保產品質量的最重要環境之一。在現代半導體裝置的生產中，例如14/10/7納米技術，生產過程通常需要長達15週的時間，11到13週則是業界的平均生產周期。
生產過程幾乎完全自動化，專用的自動物料搬運系統負責將晶圓從一台機器運送到另一台機器。晶圓上通常有多個晶片，這些晶片被稱為「晶粒」，在完成後的晶圓上用晶粒切割過程分開，以便進一步的組裝及封裝。在最終產品之前，晶圓以特殊密封的塑料箱稱為FOUPs（晶圓盒）運送。這些FOUPs內部保持氮氣氛圍，以防止銅在晶圓上氧化，因為銅是現代半導體內部連接的材料之一。
晶圓加工設備和FOUPs內部的環境被稱為微環境，這有助於提高良率，即晶圓上能正常工作器件的數量。
這個微環境是通過EFEM（設備前端模塊）實現的，EFEM能從FOUPs接收晶圓並將它們引入機器中。許多機器還在清潔的氮氣或真空環境下處理晶圓，以減少污染，並改善過程控制。晶圓廠需要大量液氮來維持生產設備和FOUPs內部的氛圍，這些設備不斷地充氮。FOUP和EFEM之間可設置空氣幕或網狀結構，以降低濕氣進入FOUP的量，提高良率。
許多用於工業半導體製造過程的設備製造公司包括ASML、應用材料、東京電子和立樂研究等。制造半導體裝置的過程中，每一步的特徵尺寸是通過光刻來決定的，這意味著可以定義半導體裝置上的設計或模式。
特徵尺寸是指在半導體製造過程中可以製作的最小線寬。
特徵尺寸的測量，是基於半導體製程技術節點的最小特徵尺寸，通常以納米為單位。雖然這些技術節點的名稱最初與功能特徵尺寸並無明確關聯，但隨著時間推移，這個概念逐漸變得模糊。
歷史回顧
半導體製造技術的發展有著悠久的歷史。1955年，由卡爾·弗羅什和林肯·德里克在貝爾實驗室的一次偶然發現，讓他們意識到使硅晶圓表面氧化的效果，這對未來的半導體技術探討具有重要的意義。到1957年，他們已經可以生產矽氧化物場效應晶體管，這被認為是平面場效應晶體管的首次產出。
隨著時間的推演，半導體晶圓尺寸也不斷增大，從1960年的25mm增至200mm，最終成為300mm的標準。這一過程促使了自動化技術的引入，並使用更高效的設備完成生產。隨著半導體市場需求的增加，製造商也開始設計更耐用的器件，以確保其在不同市場的適應性。
現代半導體裝置中的許多新技術相繼出現，包括FinFET技術，它能在22納米節點提供更高的能效和更快的性能。到2018年，出現了多種新型晶體管架構，比如GAAFET，這代表了半導體技術又一新的發展方向。
步驟清單
整個半導體裝置的製造過程包含多個步驟，包括晶圓處理、光刻、離子植入、蝕刻以及封裝等。這些步驟共同構成了半導體製造的核心，並依賴於專業製造設備和潔淨環境的支持。
整個生產過程通常在晶圓廠進行，24小時高效運作，需要消耗大量的純水以確保產品的純潔度。每一塊晶圓都經過嚴格的檢測，以確保其性能達到預期要求。
在這樣一個快速發展的行業裡，新的技術和材料不斷改變著半導體的未來，究竟未來的半導體行業還會帶來哪些驚喜呢？
