半導體製程是被用於製造晶片，從一開始晶圓加工，到晶片封裝測試，直到出貨，這篇簡單介紹半導體製造的相關基本知識。
體系架構
下圖為典型的半導體產業體系架構：
┌───────────────────┐
│ Connector │
│ Manufacture │
└─────┬─────────────┘
│
│
▼
┌─────────────┐ ┌───────────────────┐ ┌────────────┐ ┌───────────────────┐
│ Lead-frame ├──►│ IC Packaging ├──► │ IC Testing ├──►│ IC Assembly │
│ Manufacture │ └───────────────────┘ └────────────┘ └───────────────────┘
└─────────────┘ ▲ ▲
│ │
│ │
│ │
┌─────────────┐ ┌────┴──────────────┐ ┌─────┴─────────────┐
│ Photo Mask ├──►│ Wafer Fabrication │ │ Board Manufacture │
└─────────────┘ └───────────────────┘ └───────────────────┘
▲ ▲
│ │
┌────┴────────┐ ┌────┴──────────────┐
│ IC Design │ │ Wafer Manufacture │
└─────────────┘ └───────────────────┘
▲ ▲
│ │
┌────┴────────┐ ┌────┴──────────────┐
│ CAD/CAM │ │ Material │
└─────────────┘ └───────────────────┘
半導體製造，也就是一般所稱的晶圓加工（Wafer Fabrication），是資金與技術最為密集之處。
晶圓加工的上游包括 IC 產品設計（IC Design）、晶圓製造（Wafer Manufacture）等。
下游可簡單分成兩類，第一類是半導體後段製程（Back-end Processes）的 IC 封裝（Packaging）、測試（Testing）、包裝（Assembly），第二類是週邊的導線架製造（Lead-frame manufacture）、連接器製造（Connector manufacture）、電路板製造（Board manufacture）等。
IC 產品設計（IC Design）
數位積體電路 (Digital IC) 的設計可以分為系統設計、邏輯設計、實體設計三大部分，實體設計完成後會得到光罩圖形，光罩製作完成後再送進晶圓廠製作晶片 (Chip)，最後再送進封裝與測試廠，經過封裝與測試就成為可以銷售的積體電路 (IC) 。
下圖為典型的 IC 設計的流程與相關公司：
┌──────────────────────┐ ──┐
┌── ┌── │ SPEC. │ │ EDA Company
Design House │ │ └┬─────────────────────┘ │ provide IC design software
* MediaTek │ │ │ │ * Cadence
* Novatek │ │ ▼ │ * Synopsys
* Realtek │ │ ┌──────────────────────┐ │ * Siemens
* Faraday │ Front-end │ │ RTL Code │ │
│ │ └┬─────────────────────┘ │
│ │ │ Pre-sim │
│ │ ▼ Synthesis │
│ │ ┌──────────────────────┐ │
│ └── │ Gate Level Netlist │ │
│ ┌── │ │ │
│ │ └┬─────────────────────┘ │
│ │ │ Plcaement │
│ │ ▼ Routing │
│ Back-end │ ┌──────────────────────┐ │
│ │ │ Layout │ │
│ │ └┬─────────────────────┘ │
│ │ │ Post-sim & Verification │
└── └── │ Tape-out │
Forndry ──────────────── │ Fabrication │
* TSMC │ │
* UMC │ │
│ │
Assembly & Test ──────────────── ▼ Packaging & Testing │
* Siliconware ┌──────────────────────┐ │
* ASE Group │ Chip │ │
└──────────────────────┘ ──┘
在 Tape-out 之前都還算是設計階段，所以是交給 Design House 進行設計，這階段每家公司擅長的領域各自不同，而 Tape-out 之後則是將完全沒有問題的 IC 設計圖交給 IC 製造公司進行生產。
晶圓製造（Wafer Manufacture）
主要流程：
長晶 > 切片 > 邊緣研磨 > 研磨與蝕刻 > 退火 > 拋光 > 洗淨 > 檢驗 > 包裝
製造過程是將矽石（Silica）或矽酸鹽 （Silicate），放入爐中熔解提煉，再以一塊單晶矽為「晶種」，讓融化的矽沾附在晶種上，以邊拉邊旋轉方式抽離，形成與晶種相同排列的結晶。
隨著晶種的旋轉上升，沾附的矽愈多，並且被拉引成表面粗糙的圓柱狀結晶棒。其中，拉引及旋轉的速度愈慢，則沾附的矽結晶時間愈久，結晶棒的直徑愈大，反之則愈小。
經過工業級鑽石磨具的加工，磨成平滑的圓柱並切除頭尾兩端錐狀段，接著再切成片狀的晶圓（Wafer）。
後續還需要進行多項動作，使晶片的阻質穩定，使晶片達到可進行晶片加工的狀態。
晶圓處理製程
在表面形成一層二氧化矽層等化學堆積流程，然後進行微影（Lithography）的製程，將光罩上的圖案移轉到晶圓上，接著利用蝕刻技術將電路圖製作出來。
根據製程的需要，FAB 廠內通常可分為四大區：
- 黃光
- 蝕刻
- 擴散
- 真空
晶圓針測
晶圓針測（Chip Probing）的目的是要對晶片做電性功能上的測試，使 IC 在進入封裝前，先過濾出電性功能不良的晶片，以避免因為不良品而增加製造成本上升。
這個階段主要有以下項目
- 晶圓針測並作產品分類（Sorting），檢測不良品
- 雷射修補（Laser Repairing），盡可能修復不良品
- 加溫烘烤（Baking），主要在清理晶圓表面
封裝製程
電子封裝（electronic packaging），是指電子產品生產的過程中，將各種電子元件，依產品需要進行組裝、連接的製程。
例如，將晶圓中每一顆 IC 晶粒（die）獨立分離，並外接信號線至導線架上並加以包覆。
在 IC 晶片「輕、薄、短、小、高功能」的要求下，亦使得封裝技術需要不斷演進，以符合電子產品的需要。
封裝的目的主要有：
- 電力傳送
- 訊號輸送
- 熱的去除
- 電路保護
- 包裝成美觀的外表
- 提供安全的使用及簡便的操作環境
封裝的材料主要可分為塑膠（plastic）、陶瓷（ceramic）和金屬三種，封裝材質要注意散熱和絕緣能力，目前商業應用以塑膠封裝為主。
以散熱能力來說，塑膠最差，金屬最好，但金屬會導電，因此金屬封裝材質會搭配塑膠來包裝晶片。
陶瓷封裝成本高，組裝不易自動化，反觀塑膠封裝的品質及技術不斷提升，因此已盡量避免使用陶瓷封裝，但陶瓷封裝有極佳的散熱能力、可靠度及氣密性，並可提供高輸出入接腳數，因此高功率及高可靠度的產品，如 CPU、航太、軍事等產品，仍會採用陶瓷封裝。
其步驟依序如下：
- 晶圓切割 die saw
- 黏晶 die mount／die bond
- 銲線 wire bond
- 封膠 mold
- 剪切／成形 trim／form
- 印字 mark
- 電鍍 plating
- 檢驗 inspection
晶片的需求已經開始走向小晶片（Chiplet）的發展，例如 SoC，封裝技術也開始要做到晶圓級的封裝，因此晶圓廠也開始要自己發展封裝技術。小晶片的封裝上，會使用矽中介板和矽穿孔技術，將多個小晶片封裝在一起。https://www.youtube.com/watch?v=VziahpzrZPo。
電子封裝型態
IC 封裝型態可以區分為兩類，一為引腳插入型（Pin Through Hole, PTH），另一為表面黏著型（Surface Mount Technology, SMT）。
- 引腳插入型，就是必須利用插件的方式將該顆 IC 插入，與印刷電路板結合
- 表面黏著技術，將電子零件快速的焊接於基板上，並維持零件與基板間電路的連接通暢
常見的外觀及相關應用請見下圖 ：
| 封裝名稱 | 常見應用產品 |
|---|---|
| Single In-Line Package（SIP） | Power Transistor |
| Dual In-Line Package（DIP） | SRAM, ROM, EPROM, EEPROM, FLASH, Microcontroller |
| Zig-Zag In-Line Package（ZIP） | DRAM, SRAM |
| Small Outline Package（SOP） | Linear, Logic, DRAM, SRAM |
| Plastic Leaded Chip Carrier（PLCC） | 256K DRAM, ROM, SRAM, EPROM, EEPROM, FLASH, Microcontroller |
| Small Outline Package（SOJ） | DRAM, SRAM, EPROM, EEPROM, FLASH |
| Quad Flat Package （QFP） | Microprocessor |
| Pin Grid Array （PGA） | Microprocessor |
不同的 IC 產品，應其功能 I/O 數的需求及散熱、按裝等考量，會搭配不同的包裝型式
測試製程
測試製程是於 IC 封裝後，測試產品的電性功能，以保證出廠的 IC 在功能上的完整性，並對已測試的產品，依其電性功能作分類（即分 Bin），作為 IC 不同等級產品的評價依據。最後並對產品作外觀檢驗（Inspect）作業。
由於測試是半導體 IC 製程的最後一站，所以許多客戶將測試廠當作他們的成品倉庫，降低庫存管理等成本，同時減少不必要的搬運成本，這就是測試廠所提供的 Door to Door 服務，幫助客戶將測試完成品送至客戶指定的地方。
參考資料：
