半導体チップの製造工程

※ 数百万とか、とても説明していられないんで、ざっくり相当端折って、説明を試みることにする(それでも、22工程ある)。

【図解あり】集積回路【IC】(半導体)の製造工程について
https://elite-lane.com/semi-conductor-process/

半導体ができるまで
https://www.tel.co.jp/museum/exhibition/process/

大きく分けると、1 前工程(シリコンウエーハに、ICチップを形成していく工程)と、2 後工程(そのICチップを、切り取って、プラスチック樹脂の中に包んで、パッケージングする工程)とに分けられる。

どちらかと言うと、前工程の方が大変だ…。シリコンウエーハに何回も薄膜を形成し、感光剤(光線を当てると、変質する材料)を塗布しては、それをエッチング・ガス(その変質した材料を、洗い流す効果のあるガスで、今度は剥膜して行く)という作業を何度も繰り返す…。しかも、その間には、アルミの原子を蒸着(イオン蒸着と言ったかな…)させて、導体の回路部も作成しないとならない…。こういうことを、何度もやるんで、合計すると数百万工程になるんだろう…。

※ そもそも、材料である「シリコン」は、最初は棒状の形状になっているので、それを薄く切り出して、「ウエーハ」状のもの(「シリコンウエーハ」)を作り出す。

CVD法とは、『化学気相成長(かがくきそうせいちょう)、化学気相蒸着(かがくきそうじょうちゃく)または化学蒸着CVD: chemical vapor deposition)は、さまざまな物質の薄膜を形成する蒸着法のひとつで、石英などで出来た反応管内で加熱した基板物質上に、目的とする薄膜の成分を含む原料ガスを供給し、基板表面あるいは気相での化学反応により膜を堆積する方法である。常圧(大気圧)や加圧した状態での運転が可能な他、化学反応を活性化させる目的で、反応管内を減圧しプラズマなどを発生させる場合もある。切削工具の表面処理や半導体素子の製造工程において一般的に使用される。』と言ったものだ。

まあ、簡単に言えば、焼き入れして、空気中の酸素と結合させて、酸化シリコンの膜を作るんだろう。

※ その上にフォトレジスト(感光剤)を、塗布する。

※ そして、ガラスマスクを当てて、露光する。「UV光」とあるから、紫外線を当てるんだろう。

そうすると、マスク・パターンの通りに、光が当たった部分と、遮られた部分ができる。光が当たった部分は、感光剤が変質しているわけだ…。

そこに、何らかの洗浄(溶解)作用のあるガスを送り込むと、上記のような形状のものを、形成できるわけだ…。これを、「エッチング」工程(※ エッチング(英: Etching)または食刻(しょっこく)とは、化学薬品などの腐食作用を利用した塑形ないし表面加工の技法。使用する素材表面の必要部分にのみ(防錆レジスト処理を施し、腐食剤によって不要部分を溶解侵食・食刻することで目的形状のものを得る。)と言っている。

※ そして、感光剤(ブルーだった部分)を、同様の溶解・洗浄作用のあるガスで、剥離・洗浄する。

※ そして、今度は絶縁膜(茶色の部分)を、埋め込んでいく。最初の方で形成した、酸化シリコンの膜も絶縁体なので、同じ色で表現しているようだ…。

※ そして、今度は、一気に酸化膜(絶縁体)を、取り除く(「平坦化処理」と言っている)。(半導体デバイスのシャロートレンチアイソレーション(英: Shallow trench isolation)またはSTIとは、隣接する素子間でのリーク電流を防ぎ、耐圧を確保するための集積回路の素子分離構造の一つ。ボックスアイソレーションテクニック(英: box isolation technique)とも呼ばれる。)

※ その上に、また、感光剤を塗布する。

そして、また、ガラスマスクを当て、露光する。

『ソース・ドレイン領域にイオン注入法で導入した元素(ホウ素やヒ素等)を打ち込む。酸化膜が残っている部分にはイオンが注入されない。その後、高温アニールによって不純物を均一に拡散させる。』と言うことだ。

※ 酸化膜をCVD法で堆積させ、層間膜を形成し、表面を研磨して平坦にする。

※ 絶縁膜上にパターン形成プロセスを施し、コンタクトホールを開口する。

※ CVD法で金属部を埋め込む。余分な膜は研磨で除去する。

※ 低誘導率膜等の層間絶縁膜を堆積する。次にパターン形成を行い配線となる部分(トレンチ)を開口する。

※ トレンチに金属膜を埋め込み余分な膜を研磨し除去する。層間絶縁膜堆積~金属膜埋め込み/研磨の一種のプロセスを必要な配線層数分繰り返す。

※ でき上がったウエーハには同じLSIチップが数百個つくられている。プローバで1つ1つのチップにプローブ針を接触させ、つないだテスターと信号のやりとりをしながらチップの良・不良を電気的に検査する。

※ ウエーハをダイヤモンドブレードを用いてチップごとに分離する。

※ 個片となった半導体素子(die)を銀ペーストなどの接着剤で支持体に固定する。

※ 個片となった半導体素子(die)を金線を用い、チップとインナーリードを接合する。

※ エポキシ樹脂で外囲器を形成する。

※ ここまでやって、やっとオレらが基板上で目にする「半導体」の外観に、なるわけだ…。

※ だから、この黒い樹脂の内部には、数百万回もの製造工程を経て作られたI
Cチップが、仕込まれているわけだ…。

※ こんなものとか…、

※ こんなものとか…、だ。

※ 上記の2番目に掲げてある、TSMC サムスン電子 グローバル・ファウンドリーズ UMC SMIC なんかの、半導体受託生産企業は、巨額の投資をして、半導体製造装置を購入し、クリーンルーム完備の工場を建設し、そういう数百万回もの製造工程を行っては、大量のICチップを製造・納入しているわけだよ…。