採用精確的製造過程生產晶片並持續進行測試。 而矽晶圓的是使用涉及氣體、化學品、溶劑和紫外光的重複加工生產步驟逐層建構而成。此製程包括磊晶層和電介質膜的生長／沉積、成模（光刻和蝕刻）、佈植（摻雜）和擴散以及互連金屬（鋁，銅）的沉積。每一層都採用成模技術，形成微米甚至奈米尺寸極其細微的結構，以開發出一個積體電路 (IC)，該積體電路產生數百萬至數十億個互連的電晶體。完成後，單一晶圓將包含數百個相同的裸晶（晶片），這些晶片必須通過嚴格測試，然後從晶圓上切割下來。 然後，將每個晶片黏合至金屬或塑料封裝上。 黏合好的晶片經過最終測試，然後準備好裝配成最終產品。

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半導體晶圓製程中面對之不同階段的品質控制挑戰

製造步驟品質控制挑戰
晶圓／基板製備（晶圓清洗）如何確保晶圓潔淨度，沒有矽晶體缺陷和雜質。 使用濕式清潔需要超純化學品、超純水（稀釋，沖洗）和超純有機溶劑（例如 ，IPA，用於 Marangoni 晶圓乾燥）。
離子佈植應該妥善控制離子劑量和植入分佈，讓晶體損傷和非晶化最小化，例如離子注入後使用優化的溫度退火步驟。 而離子源氣體（AsH3、PH3、BF3、B2H6 等）需要控制雜質以避免佈植時混入錯誤的共植離子。
熱能製程用於退火（離子佈植，銅沉積之後）或晶層生長（例如氧化矽）。 反應器清潔度和氣體純度對於避免晶層生長中的雜質，或對晶圓上既存材料發生不希望的反應是重要的。
薄膜沉積用於沉積薄膜、抗腐蝕電介質膜或金屬膜。 電介質膜常用的形成方法有：使用低壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）或原子層沉積（ALD）。

電介質膜必須在厚度，成分和熱機械性質方面妥善控管。
  • 化學前驅物（氣體、蒸氣、液體）需要保持清潔並具有高純度以保證沉積膜的品質。
  • 金屬膜形成的方法有：使用 LPCVD／濺射／ALD（鎢，晶種和 Ta 和 TaN 的阻障層）或電化學沉積（鍍銅）。
  • 阻障層、接觸層或晶種薄膜非常薄，需具備高純度和控管良好的化學成分，以確保正確的物理和電氣屬性。
  • 用於銅 ECD 的電鍍液需要控管良好的化學成份並且不含污染物，以確保金屬沉積有正確的屬性。銅厚度，晶格方向和晶粒尺寸需要最佳化，以確保正確的電導，並儘量減少由於電遷移導致的老化。
CMP（化學機械拋光）為了最小化拓樸結構，CMP 被用於移除材料，並使晶圓表面平坦。 CMP 是一種機械／化學生產製造過程，需要妥善控管以達成預想的結果並避免晶圓損壞和污染。使用的化學漿料需要在粒度分佈和化學組成方面得到良好的控制。
光刻成像UV 光學光刻用於形成晶圓上元件結構的圖形。將抗蝕劑沉積在晶圓上，然後透過掃描儀中的遮罩照亮抗蝕劑，隨後在顯影劑軌道中顯影。 光刻步驟的控制至關重要，因為在這些步驟中界定的活性元件的最小尺寸。 同時要測量 CD、抗蝕劑輪廓、線邊緣粗糙度等。 為確保可靠的石印製程，亦須妥善控管潔淨室內空氣。最小量的難熔烴污染可對於光刻製程造成不利影響（透鏡污染），同樣地 CR 空氣中微量的酸、鹼和抗蝕劑溶劑（例如 PGMEA，乳酸乙酯）對晶圓造成缺陷，進而產生負面影響。
濕式或乾式蝕刻根據在前面的光刻步驟中在晶片上產生的抗蝕劑或硬質遮罩的佈局來蝕刻元件結構中的成模薄膜和逐層。並需要根據蝕刻速度，各向異性和選擇性來控制蝕刻製造過程，因為這些參數將決定成模結構（觸點、通孔、線條等）的最終形狀和尺寸。 由於蝕刻製程的基礎是各種反應性和惰性氣體（或用於濕式蝕刻步驟的化學品），因此這些氣體和液體的純度控制非常重要。

半導體晶圓製造分析的解決方案

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