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技術(shù)專題
前端電子制造：流程，挑戰(zhàn)和改進
什么是前端電子制造
前端電子制造是指半導(dǎo)體制造過程的一部分。每個半導(dǎo)體電子器件，例如微控制器，邏輯IC甚至是簡單的MOSFET晶體管，都是通過一系列過程生產(chǎn)的，然后才以我們熟悉的尺寸交付。
前端電子制造是指晶圓的制造和探測過程，而后端制造則是將晶圓切割，組裝并包裝到不同封裝中的過程。然后，半導(dǎo)體采用QFP，SOP，SOIC以及PCB設(shè)計中使用的其他常見形狀的形狀。
在半導(dǎo)體工廠中，前端電子制造是通過摻雜半導(dǎo)體晶圓開始的。該過程將絕緣硅上的某些區(qū)域變成導(dǎo)電區(qū)域。摻雜通常是通過在稱為擴散的過程中在爐中的硅芯片上引入摻雜氣體來完成的。可替代地，可以通過將電子束投射到硅管芯上的離子注入來進行摻雜。
硅芯片也要經(jīng)歷光掩膜的過程，其中某些區(qū)域被紫外線曝光掩蓋。最終用溶劑蝕刻掉未保護的區(qū)域。金屬沉積是前端制造過程的一部分，在該過程中，金屬原子被投射到硅表面上以形成金屬薄層。
經(jīng)過一系列上述過程之后，在稱為備用的過程中減小了晶片的厚度。然后，晶圓探測開始驗證管芯和制造過程的功能。通過探針測試的晶圓模具將被發(fā)送到后端制造。
前端電子制造中的挑戰(zhàn)
半導(dǎo)體制造不是在游戲。為了交付功能性硅晶片，制造商面臨挑戰(zhàn)。光罩室的空氣質(zhì)量遠遠超過手術(shù)室中的空氣質(zhì)量。在立方英尺的空氣中，如果存在超過1個0.5微米的粒子，則對于制造過程而言是不令人滿意的。
前端電子設(shè)備制造的另一個障礙是靜電荷的出現(xiàn)。以ESD的形式，電荷可能會通過吸入附近的異物來污染芯片。ESD也可能在前端制造過程中或之后損壞晶圓。這種情況會降低制造業(yè)的產(chǎn)量。
物流問題也影響制造商，因為前端流程通常比后端流程慢。這將導(dǎo)致庫存計劃中的問題，并可能導(dǎo)致超支。
改善前端電子制造
對于制造商而言，良率是至關(guān)重要的數(shù)字，并且已經(jīng)采取了各種策略來提高前端制造的效率。IoT在工業(yè)4.0中的引入利用了數(shù)據(jù)，使制造商能夠更好地檢測過程線中的故障。通過在不同的過程點放置用于不同參數(shù)的傳感器，制造商可以更好地控制分析并提高產(chǎn)量。
使用機器以很大程度地減少人與人之間的互動以及安裝更好的空氣循環(huán)系統(tǒng)也減少了對晶片的污染。IC設(shè)計人員還需要應(yīng)對半導(dǎo)體縮小的挑戰(zhàn)，在這些挑戰(zhàn)中，諸如信號完整性，更小的節(jié)點和泄漏等因素可能會影響制造工藝。