半导体製程是高科技产业的核心。本文将介绍半导体製程顺序、半导体元件製造的所需材料，以及常见的半导体用途，带你一次掌握半导体製造流程！文末再推荐半导体製程设备厂商，提供你丰富的製程设备及零件！
一、半导体是什么？半导体元件又是什么？
（一）何谓半导体？生活中无处不在的半导体用途有哪些？
半导体是一种具有特殊导电性的材料，它的电传导性介于导体（如铜、银）和绝缘体（如橡胶、玻璃）之间，因此被称为「半导体」。
半导体可以透过外在电场、光照、温度等因素来控制导电性，藉由导电率变化来处理各种不同且複杂的资讯与指令，同时搭配电路设计和电脑运算逻辑，製作出我们生活中的各种电子产品，例如手机、电脑、汽车、电视、冰箱、洗衣机等。
此外，半导体製成的自动化设备也被广泛用韵在工业和製造业中，包含机械手臂、智能机器人等设备，都有半导体的存在。
（二）认识积体电路（IC）的最小单位：半导体元件
前段提及，半导体存在于生活中常见的电脑、手机等电子产品中，其原理是透过将无数个半导体製作成的「半导体元件」结合成「积体电路」（IC 晶片），以控制电流通行、处理资讯。
根据电流控制的方式不同，半导体元件主要可分为 2 大类：
1. 二极体（Diode）
二极体是一种具有单向导电性的半导体元件，只允许电流单向流动。举例而言，它就像是水库的闸门，打开时会让水往外流，无法让水往水库内流动。
2. 电晶体（Transistor）
电晶体则是可以让电流双向通过的半导体元件，除了控制电流通过外，电晶体同时也具备电流放大、调节、稳定等多种功能，因此被广泛运用在各种电路设计中。
二、半导体元件製造需要哪些材料？常见半导体材料介绍
在进行半导体元件製造时，材料的选择至关重要，电半导体材料依照原料性质可以分为「元素材料」和「化合物材料」2 种，以下带大家认识在半导体元件製造时，常见的材料有哪些。
（一）常见的元素半导体材料
电元素半导体材料是指由「单一元素」製作成半导体，其中最常听到、应用最广泛的元素就是「硅」（Silicon，化学符号 Si）。
因为硅的取得相对容易且成本便宜，在半导体技术发展的初期成为主流材料之一，直到现在多数厂商在半导体元件製造上，仍使用硅作为主要的製造材料。
除了硅以外，锗（Germanium，化学符号 Ge）也是常见的元素半导体之一，不过由于锗的提纯较为不易，且稳定性较差，因此逐渐被硅取代。
（二）常见的化合物半导体材料
随着应用需求的提升与科技发展，市场对半导体元件製造的精密度与效能要求越来越高，开始出现使用 2 种元素以上组成的「化合物半导体」，根据元素组合的成分不同，可以赋予半导体元件更丰富的控制特性，让半导体可製造的电子产品更为广泛。
常见的化合物半导体材料包含：
- 砷化镓（化学式 GaAs）：砷化镓具有电子移动速度较快的特性，而且耐高温与高电压，通常被运用在光通讯传输、高频率电子产品中。
- 氮化镓（化学式 GaN）：因为氮化镓半导体可以承载的能量比硅半导体更高，在高功率传输上受到瞩目，因此常被运用在电动车的製造中，帮助降低充电时间。
- 碳化硅（化学式 SiC）：碳化硅在高温下能维持稳定的运作，且电流通过时产生的热能散逸相对较低，降低能源消耗的特性使其经常被运用在电动车充电桩上。
三、半导体製程很複杂？半导体製程顺序详细解说！
认识完半导体原料后，接着将介绍半导体製作流程，从晶圆的诞生到测试封装会经过哪些步骤呢？
半导体製造流程第 1 步：製作晶圆
透过高温熔炼等方式将原始材料的表面杂质、有机残留物等髒汙清除后，保留乾淨纯粹的原始材料，接着将材料提炼，透过蒸馏纯化产生「多晶硅」。
将多晶硅与硼酸、磷放入高温锅中熔炼后，将单晶硅棒进入熔炼液体中旋转拉起，融化的多晶硅会附着在单硅晶棒表面，冷却凝固后就会变成排列整齐的单晶硅棒。刚製作完成的单晶硅棒表面并不平整，因此会需要透过研磨加工调整成为符合晶圆尺寸规格的圆柱形。
硅棒调整成合适尺寸后，就可以切成薄片，也就是我们俗称的「晶圆」。不过晶圆经过切割，表面相当粗糙，必须经过抛光、研磨和仔细清洁等程序后，才能用于晶片製造。
半导体製造流程第 2 步：晶圆加工
接下来就会进入到最重要的步骤「晶圆加工」，这是在晶圆上刻出电路设计图的重要步骤，晶圆加工又可以分为以下 5 个阶段：
1. 化学气相沉积（CVD）
将气体化学物质送到装有晶圆的设备内，气体会在晶圆表面上产生化学反应，形成一层二氧化硅薄膜。
2. 涂上光阻剂
在铺了二氧化硅薄膜的晶圆上，均匀涂上一层光阻剂，形成光阻膜，让电路图可以顺利拓印在晶圆上。
3. 曝光与显影
将电路图复盖在紫外光罩上，紫外光照射后，被照射的光阻剂会和紫外光产生光化学反应，接者使用显影剂浸泡晶圆片，清洗被照射到的光阻剂，保留未被照射到的光阻剂，透过光阻剂在晶圆上画出电路图模板。
4. 蚀刻
利用酸性或硷性的溶液，依照光阻层模板侵蚀二氧化硅层，在晶圆上凋刻出电路设计图。
5. 清除光阻剂与晶圆清洁
最后，透过化学、热力或机械方式清除残留的光阻剂，并利用超音波清洗、无机溶剂或表面活性剂等方式，将晶圆片清洗乾淨就完成晶圆加工了！
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半导体製造流程第 3 步：离子植入
由于纯淨的硅不会导电，因此若想让刻完电路的晶圆产生导电性，需要在晶圆中加入杂质，让晶圆成为可以控制电流的重要零件，此时就需要「离子植入」这个步骤。
在离子植入的步骤中，会将晶圆放入仪器中，透过电场加速特定离子，将离子作为杂质射进晶圆中，搭配先前运用到的光阻和显影手法，也能将离子植入到指定范围内，达到不同的导电效果。
原本排列整齐的硅晶体晶圆片，会因为离子闯入造成结构混乱，此时就必须将晶圆片加热，让晶圆中的硅和离子重新排列整齐，离子也会平均分布在植入的区域中。
半导体製造流程第 4 步：测试晶圆
一片晶圆上会由许多格状的裸晶组成，在测试阶段，测试厂会使用探针检查每个裸晶的电气特性，确保半导体元件製造的品质与量率，如果表现不佳，裸晶就会被画上标记。
半导体製造流程第 5 步：切割晶圆
检查完毕的晶圆，会被贴在一片圆形胶带上，并送进机器切割，将每颗裸晶分离，品质良好、通过测试的裸晶就会被挑出来，进入到封装阶段。
半导体製造流程第 6 步：封装裸晶
裸晶会被黏在 IC 载板上，并透过焊接接。通裸晶与载板的电路，将装有裸晶的载板送进模具中，注入融化的环氧树脂，待环氧树脂冷却硬化后，就成为裸晶最坚固的保护膜。
最后，只要在封装完的晶片上印上製造商、料号、批号等晶片资讯，就大功告成了！
四、半导体元件製造的未来挑战与绿色趋势
随着智慧型手机、AI 高速运算与电动车的蓬勃发展，市场对于半导体元件製造的要求日益严格。当半导体製程走向 3 奈米、2 奈米甚至更先进的节点时，半导体元件製造过程中所需的化学品精准度、耗电量与废弃物处理难度也随之倍增。
现今全球顶尖晶圆代工厂与半导体元件製造商，皆将「ESG绿色製造」视为核心竞争力。现在的半导体製程不再只追求效能，更讲求半导体元件製造过程中，化学药剂的精准控制。这意味着，厂房如何优化废水处理，以及如何安全地配置化学废弃物回收管线，都成了每一间工厂在规划先进元件生产线时，必须优先考虑的问题。
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五、半导体製程设备推荐｜提供丰富製程设备与零件的霖丰
半导体元件製造与製程是相当複杂且细緻的过程，在每个步骤都要精准控制化学液体的用量，才能确保晶圆成品的品质与稳定性，因此，一套精准且专业的製程设备是不可或缺的。
霖丰成立于 1984 年，早期专注于各类化学品的买卖，而后进一步拓展事业版图，开始接触到硅晶製程，替国外工程仪器设备代理台湾销售业务，包含半导体原料、化学用品、化学品自动供应系统、化工耐酸硷泵浦、MFC 流量计等製程与检测设备。
霖丰秉持着「诚信、专业、共荣」的精神，不断追求专业进步，也与客户合作开发全新技术，并严守商业机密，深得客户信赖。四十多年来，霖丰替台湾许多半导体产业引进专业的製程设备与零组件，更利用对化学品特性的熟悉与了解，替工厂设计废水与化学废弃物回收管线配置，帮助企业降低化学汙染、打造绿色供应链。
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六、半导体製程常见问题FAQ
什么是半导体製程中的「良率」？为什么它这么重要？
在半导体製程中，「良率」指的是一片晶圆上，最终通过测试、功能正常且可销售的晶片数量，占整片晶圆切割后总晶片数的比例。 良率是晶圆厂获利的核心关键。因为一片晶圆的製造成本非常高昂，从製作晶圆到封装，经过几百道甚至上千道的半导体製程步骤，只要其中一个环节出错，就会导致良率下降。良率越高，代表单颗晶片上的成本越低，产品在市场上的竞争力就越强。
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为什么在半导体製程中，设备的耐酸硷和抗腐蚀性能这么重要？
因为在半导体元件製造的过程中，会大量使用到强酸（如氢氟酸、硫酸）或强硷等极具腐蚀性的化学药剂。 如果半导体製程设备与管线的抗腐蚀能力不够，不仅设备容易损坏、增加维修成本，更可怕的是管线溶出的微量金属离子会直接汙染晶圆。因此，选择具备特殊材质、高度耐酸硷的专业製程设备，是维持高良率的关键。
不同类型的半导体元件製造，在製程需求上有何差异？
随着应用场景不同，半导体元件製造的侧重点也有所不同。手机与AI等消费性晶片追求高速运算，半导体元件製造极度依赖奈米级的先进製程；而电动车充电桩等高功率元件需要承受高压高温，因此多採用碳化硅或氮化镓等化合物材料。这类高功率的半导体元件製造因材料硬度高、加工困难，在生产线上对于耐酸硷泵浦与特定化学品自动供应系统等设备的稳定度，有着更严苛的需求。
七、结论
从早期的硅晶圆到现在的先进的半导体製程，半导体元件製造的每一步都是台湾高科技产业傲视全球的基石。在面对未来更严苛的晶体微缩挑战以及ESG绿色供应链的规范下，企业更需要具备前瞻性与深厚技术的设备厂商。
霖丰拥有 40 年来的丰富经验，不仅提供最多元且精准的半导体製程设备与零组件，更能从化学品特性的专业角度出发，量身打造符合现代绿色减碳标准的厂房配置。如果您想了解如何优化厂内的半导体製程，欢迎随时联繫霖丰，由霖丰专业团队为您提供客製化评估。
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