半導體製程是高科技產業的核心。本文將介紹半導體製程順序、半導體元件製造的所需材料，以及常見的半導體用途，帶你一次掌握半導體製造流程！文末再推薦半導體製程設備廠商，提供你豐富的製程設備及零件！
一、半導體是什麼？半導體元件又是什麼？
（一）何謂半導體？生活中無處不在的半導體用途有哪些？
半導體是一種具有特殊導電性的材料，它的電傳導性介於導體（如銅、銀）和絕緣體（如橡膠、玻璃）之間，因此被稱為「半導體」。
半導體可以透過外在電場、光照、溫度等因素來控制導電性，藉由導電率變化來處理各種不同且複雜的資訊與指令，同時搭配電路設計和電腦運算邏輯，製作出我們生活中的各種電子產品，例如手機、電腦、汽車、電視、冰箱、洗衣機等。
此外，半導體製成的自動化設備也被廣泛用韻在工業和製造業中，包含機械手臂、智能機器人等設備，都有半導體的存在。
（二）認識積體電路（IC）的最小單位：半導體元件
前段提及，半導體存在於生活中常見的電腦、手機等電子產品中，其原理是透過將無數個半導體製作成的「半導體元件」結合成「積體電路」（IC 晶片），以控制電流通行、處理資訊。
根據電流控制的方式不同，半導體元件主要可分為 2 大類：
1. 二極體（Diode）
二極體是一種具有單向導電性的半導體元件，只允許電流單向流動。舉例而言，它就像是水庫的閘門，打開時會讓水往外流，無法讓水往水庫內流動。
2. 電晶體（Transistor）
電晶體則是可以讓電流雙向通過的半導體元件，除了控制電流通過外，電晶體同時也具備電流放大、調節、穩定等多種功能，因此被廣泛運用在各種電路設計中。
二、半導體元件製造需要哪些材料？常見半導體材料介紹
在進行半導體元件製造時，材料的選擇至關重要，電半導體材料依照原料性質可以分為「元素材料」和「化合物材料」2 種，以下帶大家認識在半導體元件製造時，常見的材料有哪些。
（一）常見的元素半導體材料
電元素半導體材料是指由「單一元素」製作成半導體，其中最常聽到、應用最廣泛的元素就是「矽」（Silicon，化學符號 Si）。
因為矽的取得相對容易且成本便宜，在半導體技術發展的初期成為主流材料之一，直到現在多數廠商在半導體元件製造上，仍使用矽作為主要的製造材料。
除了矽以外，鍺（Germanium，化學符號 Ge）也是常見的元素半導體之一，不過由於鍺的提純較為不易，且穩定性較差，因此逐漸被矽取代。
（二）常見的化合物半導體材料
隨著應用需求的提升與科技發展，市場對半導體元件製造的精密度與效能要求越來越高，開始出現使用 2 種元素以上組成的「化合物半導體」，根據元素組合的成分不同，可以賦予半導體元件更豐富的控制特性，讓半導體可製造的電子產品更為廣泛。
常見的化合物半導體材料包含：
- 砷化鎵（化學式 GaAs）：砷化鎵具有電子移動速度較快的特性，而且耐高溫與高電壓，通常被運用在光通訊傳輸、高頻率電子產品中。
- 氮化鎵（化學式 GaN）：因為氮化鎵半導體可以承載的能量比矽半導體更高，在高功率傳輸上受到矚目，因此常被運用在電動車的製造中，幫助降低充電時間。
- 碳化矽（化學式 SiC）：碳化矽在高溫下能維持穩定的運作，且電流通過時產生的熱能散逸相對較低，降低能源消耗的特性使其經常被運用在電動車充電樁上。
三、半導體製程很複雜？半導體製程順序詳細解說！
認識完半導體原料後，接著將介紹半導體製作流程，從晶圓的誕生到測試封裝會經過哪些步驟呢？
半導體製造流程第 1 步：製作晶圓
透過高溫熔煉等方式將原始材料的表面雜質、有機殘留物等髒污清除後，保留乾淨純粹的原始材料，接著將材料提煉，透過蒸餾純化產生「多晶矽」。
將多晶矽與硼酸、磷放入高溫鍋中熔煉後，將單晶矽棒進入熔煉液體中旋轉拉起，融化的多晶矽會附著在單矽晶棒表面，冷卻凝固後就會變成排列整齊的單晶矽棒。剛製作完成的單晶矽棒表面並不平整，因此會需要透過研磨加工調整成為符合晶圓尺寸規格的圓柱形。
矽棒調整成合適尺寸後，就可以切成薄片，也就是我們俗稱的「晶圓」。不過晶圓經過切割，表面相當粗糙，必須經過拋光、研磨和仔細清潔等程序後，才能用於晶片製造。
半導體製造流程第 2 步：晶圓加工
接下來就會進入到最重要的步驟「晶圓加工」，這是在晶圓上刻出電路設計圖的重要步驟，晶圓加工又可以分為以下 5 個階段：
1. 化學氣相沉積（CVD）
將氣體化學物質送到裝有晶圓的設備內，氣體會在晶圓表面上產生化學反應，形成一層二氧化矽薄膜。
2. 塗上光阻劑
在鋪了二氧化矽薄膜的晶圓上，均勻塗上一層光阻劑，形成光阻膜，讓電路圖可以順利拓印在晶圓上。
3. 曝光與顯影
將電路圖覆蓋在紫外光罩上，紫外光照射後，被照射的光阻劑會和紫外光產生光化學反應，接者使用顯影劑浸泡晶圓片，清洗被照射到的光阻劑，保留未被照射到的光阻劑，透過光阻劑在晶圓上畫出電路圖模板。
4. 蝕刻
利用酸性或鹼性的溶液，依照光阻層模板侵蝕二氧化矽層，在晶圓上雕刻出電路設計圖。
5. 清除光阻劑與晶圓清潔
最後，透過化學、熱力或機械方式清除殘留的光阻劑，並利用超音波清洗、無機溶劑或表面活性劑等方式，將晶圓片清洗乾淨就完成晶圓加工了！
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半導體製造流程第 3 步：離子植入
由於純淨的矽不會導電，因此若想讓刻完電路的晶圓產生導電性，需要在晶圓中加入雜質，讓晶圓成為可以控制電流的重要零件，此時就需要「離子植入」這個步驟。
在離子植入的步驟中，會將晶圓放入儀器中，透過電場加速特定離子，將離子作為雜質射進晶圓中，搭配先前運用到的光阻和顯影手法，也能將離子植入到指定範圍內，達到不同的導電效果。
原本排列整齊的矽晶體晶圓片，會因為離子闖入造成結構混亂，此時就必須將晶圓片加熱，讓晶圓中的矽和離子重新排列整齊，離子也會平均分佈在植入的區域中。
半導體製造流程第 4 步：測試晶圓
一片晶圓上會由許多格狀的裸晶組成，在測試階段，測試廠會使用探針檢查每個裸晶的電氣特性，確保半導體元件製造的品質與量率，如果表現不佳，裸晶就會被畫上標記。
半導體製造流程第 5 步：切割晶圓
檢查完畢的晶圓，會被貼在一片圓形膠帶上，並送進機器切割，將每顆裸晶分離，品質良好、通過測試的裸晶就會被挑出來，進入到封裝階段。
半導體製造流程第 6 步：封裝裸晶
裸晶會被黏在 IC 載板上，並透過焊接接。通裸晶與載板的電路，將裝有裸晶的載板送進模具中，注入融化的環氧樹脂，待環氧樹脂冷卻硬化後，就成為裸晶最堅固的保護膜。
最後，只要在封裝完的晶片上印上製造商、料號、批號等晶片資訊，就大功告成了！
四、半導體元件製造的未來挑戰與綠色趨勢
隨著智慧型手機、AI 高速運算與電動車的蓬勃發展，市場對於半導體元件製造的要求日益嚴格。當半導體製程走向 3 奈米、2 奈米甚至更先進的節點時，半導體元件製造過程中所需的化學品精準度、耗電量與廢棄物處理難度也隨之倍增。
現今全球頂尖晶圓代工廠與半導體元件製造商，皆將「ESG綠色製造」視為核心競爭力。現在的半導體製程不再只追求效能，更講求半導體元件製造過程中，化學藥劑的精準控制。這意味著，廠房如何優化廢水處理，以及如何安全地配置化學廢棄物回收管線，都成了每一間工廠在規劃先進元件生產線時，必須優先考慮的問題。
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五、半導體製程設備推薦｜提供豐富製程設備與零件的霖豐
半導體元件製造與製程是相當複雜且細緻的過程，在每個步驟都要精準控制化學液體的用量，才能確保晶圓成品的品質與穩定性，因此，一套精準且專業的製程設備是不可或缺的。
霖豐成立於 1984 年，早期專注於各類化學品的買賣，而後進一步拓展事業版圖，開始接觸到矽晶製程，替國外工程儀器設備代理台灣銷售業務，包含半導體原料、化學用品、化學品自動供應系統、化工耐酸鹼泵浦、MFC 流量計等製程與檢測設備。
霖豐秉持著「誠信、專業、共榮」的精神，不斷追求專業進步，也與客戶合作開發全新技術，並嚴守商業機密，深得客戶信賴。四十多年來，霖豐替台灣許多半導體產業引進專業的製程設備與零組件，更利用對化學品特性的熟悉與了解，替工廠設計廢水與化學廢棄物回收管線配置，幫助企業降低化學汙染、打造綠色供應鏈。
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六、半導體製程常見問題FAQ
什麼是半導體製程中的「良率」？為什麼它這麼重要？
在半導體製程中，「良率」指的是一片晶圓上，最終通過測試、功能正常且可銷售的晶片數量，占整片晶圓切割後總晶片數的比例。 良率是晶圓廠獲利的核心關鍵。因為一片晶圓的製造成本非常高昂，從製作晶圓到封裝，經過幾百道甚至上千道的半導體製程步驟，只要其中一個環節出錯，就會導致良率下降。良率越高，代表單顆晶片上的成本越低，產品在市場上的競爭力就越強。
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為什麼在半導體製程中，設備的耐酸鹼和抗腐蝕性能這麼重要？
因為在半導體元件製造的過程中，會大量使用到強酸（如氫氟酸、硫酸）或強鹼等極具腐蝕性的化學藥劑。 如果半導體製程設備與管線的抗腐蝕能力不夠，不僅設備容易損壞、增加維修成本，更可怕的是管線溶出的微量金屬離子會直接污染晶圓。因此，選擇具備特殊材質、高度耐酸鹼的專業製程設備，是維持高良率的關鍵。
不同類型的半導體元件製造，在製程需求上有何差異？
隨著應用場景不同，半導體元件製造的側重點也有所不同。手機與AI等消費性晶片追求高速運算，半導體元件製造極度依賴奈米級的先進製程；而電動車充電樁等高功率元件需要承受高壓高溫，因此多採用碳化矽或氮化鎵等化合物材料。這類高功率的半導體元件製造因材料硬度高、加工困難，在生產線上對於耐酸鹼泵浦與特定化學品自動供應系統等設備的穩定度，有著更嚴苛的需求。
七、結論
從早期的矽晶圓到現在的先進的半導體製程，半導體元件製造的每一步都是台灣高科技產業傲視全球的基石。在面對未來更嚴苛的晶體微縮挑戰以及ESG綠色供應鏈的規範下，企業更需要具備前瞻性與深厚技術的設備廠商。
霖豐擁有 40 年來的豐富經驗，不僅提供最多元且精準的半導體製程設備與零組件，更能從化學品特性的專業角度出發，量身打造符合現代綠色減碳標準的廠房配置。如果您想了解如何優化廠內的半導體製程，歡迎隨時聯繫霖豐，由霖豐專業團隊為您提供客製化評估。
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