[半导体综述系列] SK海力士详述半导体制造过程及如何在不断发展的行业中规划职业

 

从设计复杂的电路板到制造比人类发丝还薄的芯片，半导体行业从提出概念到制作成品之路非同寻常。《半导体综述系列》的最后一篇将深入分析半导体的制造工艺，详尽阐述这些复杂而精密工艺中的每一个步骤。本篇文章还将介绍半导体芯片的工作原理，探讨行业的发展历程，并分享如何进入这一充满活力的领域的见解。

半导体是如何工作的？

顾名思义，半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，导体可以使电流轻松通过，而绝缘体则有效地阻挡电流。半导体通常以硅为主要成分制成，能够控制电流，这使得它们在电子设备中至关重要。

这些材料被广泛用于制造各种类型的半导体芯片，包括存储器芯片、逻辑芯片以及DAO（分立、模拟和其他）芯片。尽管这些芯片功能各异，但它们都依赖于相同的基本原理。一个典型的半导体芯片主要包含以下元件，这些元件在管理电力和确保功能方面扮演着重要角色：

• 晶体管：作为半导体的主要元件，晶体管起到电流开关的作用。通过控制电流的流动，使半导体能够执行计算和处理数据。
• 二极管：二极管的功能类似于单行道，只允许电流单向流动。这一特性可防止电流逆向流动，从而大幅降低对设备造成损坏的可能。
• 电容器：这些元件在半导体中充当电能的临时存储单元。它们根据需要，储存和释放电能，在调节电压、过滤信号以及稳定电子设备电源方面发挥着重要作用。
• 电阻器：作为半导体的保护元件，电阻器通过确保电路获得适当的电量来限制电流。这种调节作用可防止电流过载，以免损坏或中断芯片的运行。

半导体具有各种支持功能和电力管理的元件

 

集成电路（IC）将上述所有元件巧妙地融合到单个芯片中。可以把集成电路想象成一座微型城市，其中各种元件协同运作，以确保系统顺畅运行。集成电路不仅可以组织电流流动、引导电流方向、存储和释放能量，同时还为设备提供保护——所有这些功能都在一个微小、节能的封装内完成。这种高度集成方式使集成电路能够在节省空间的同时，执行复杂多样的功能。因此，从手机到汽车，再到医疗设备等诸多领域，无不依赖于集成电路的发展与应用。

半导体是如何制造的？

半导体开发是一项极为复杂的工程，涵盖了从初步规划到制造阶段，再到最终批量生产等多个环节。让我们深入了解这一过程中所涉及的关键步骤。

半导体开发覆盖了产品规划、设计、制造和批量生产等多个环节

 

产品规划&设计

开发工作一般从市场调研和分析开始，同时务必考虑客户的具体需求。接下来，工作重心将转向设计规格，包括对电路规格的评估，以及性能要求的建立等任务。规划阶段还包括制定项目时间表和预算等后勤步骤，以确保各项工作的顺利推进。

规划完成后，便进入到芯片设计阶段，包括选择产品的设计架构和功能，以及最终确定其物理布局。接下来，使用验证工具对设计进行优化和验证。一旦设计完成，将制作原型并进行生产前测试，以确保其性能和功能符合生产要求。

制造

制造工艺本身可分为以下三个阶段：

1. 晶圆¹制造 ：该工艺从生产硅晶圆开始，这是半导体器件的基础，包括提纯原料硅、将提纯后的硅切割成薄晶圆，并进行抛光。成品晶圆将被送往制造厂（fab）进行下一阶段处理。
2. 前端工艺：涉及通过几个关键工序在晶圆上构建实际的半导体器件，其工序包括：氧化（形成保护层）、光刻（在晶圆上蚀刻电路图案）、刻蚀（去除多余材料）、沉积（添加薄层材料）和金属化（建立电气连接）。
3. 后端工艺：主要包括封装和测试。封装旨在保护芯片免受损坏并建立机械和电气连接，而测试则用于确保产品的质量和可靠性。

批量生产

测试和验证成功后，生产阶段随即启动。此时的重点是优化产量，通过工艺改进和减少缺陷，以提升每个晶片上功能芯片的数量。有效的供应链管理确保了材料的顺畅流通。而在整个批量生产过程中，持续的监控和优化则保障了产品质量的稳定性和卓越性。随后，成品被及时运送至客户手中。

半导体产业规模有多大？

尽管半导体技术的起源可以追溯至19世纪，但随着科技的不断进步，该行业从 20 世纪 80 年代以来，才算是迎来爆炸式的增长。通过回顾半导体行业这些年的扩张历程，人们能够真切地感受到该行业如今的宏大规模。（有关半导体技术发展的更多信息，请参阅本系列第三篇）

经过数十年的发展，当前半导体市场的规模已超过1987年的18倍

 

1980年代至 1990 年代：为市场增长打下良好基础
20世纪80年代，计算机行业的蓬勃发展首次将个人电脑引入了千家万户，进而带动了对存储器、逻辑芯片和DRAM产品需求的增长。1987年，全球半导体市场价值为330亿美元，而到1994年²，这一数值已攀升至1020亿美元，为未来的增长奠定了坚实基础。

2000年代：快速扩张的十年
到2001年，全球半导体市场规模攀升至1,390亿美元，并在整个十年间持续呈现快速增长的态势。尽管 2008 年爆发了金融危机，但消费电子、个人电脑和移动设备的需求依然强劲，这使得半导体销售额保持了稳健而显著的增长。

2010年代：多元化与创新
2010年，半导体市场总值达到2,983亿美元。随着云计算技术的崛起和移动设备的普及，半导体市场在随后几年中不断扩大。在整个2010年代，SK海力士积极响应并引领了这些前沿技术的发展，推出了LPDDR³移动端DRAM和其他一系列创新产品。

2020年代：行业需求激增与未来预测
时至2023年，全球半导体市场价值已达到6110亿美元，是1987年的18倍以上，半导体行业已然成为全球科技和经济发展的基石。人工智能、机器学习和自动驾驶汽车等行业需求的增长，推动了该行业在这近十年的迅猛发展。诸如SK海力士等企业，凭借包括全球性能最佳的HBM3E⁴在内的一系列创新产品，巩固了其在面向AI的存储器领域的领先地位，并为整个行业注入了强劲动力。展望未来，随着对高性能芯片需求的持续激增，预计到2030年，半导体市场将突破万亿美元大关。

如何开始从事半导体行业的工作？

如前文所述，半导体行业正在蓬勃发展，为那些希望投身这一领域的人士开辟了令人振奋的职业机会。以下是有关入门的相关建议：

1. 明确职业目标：在进入这个行业之前，重要的是要了解自己的职业目标，并找到与个人兴趣相契合的职位。清晰的愿景有助于做出明智的决策。
2. 接受相关教育：大多数半导体行业职位要求至少拥有计算机科学、软件工程、应用物理或材料科学等专业的学士学位。
3. 培养技术和软技能：技术和软技能都至关重要。熟练掌握编程、数据分析和半导体工艺是关键。实习或实践经验有助于培养这些技能。
4. 考虑实习：实习可提供宝贵的行业经验。SK 海力士提供年度实习计划，旨在教育、吸引和鼓励未来的从业者开阔视野。

半导体行业欢迎来自不同领域的人才

 

半导体领域已不再局限于传统的工程岗位，而是成为了一个多学科领域，不仅欢迎来自电气工程和数学等典型相关领域的人才，也向经济学和社会科学等领域的人才敞开大门。未来一些热门职位可能包括：

• 网络安全分析师：通过保护知识产权和敏感数据以及防止网络攻击，确保公司运营的安全性和完整性。
• 环境工程师：专注于确保半导体制造工艺的可持续性以及符合环境法规要求。
• 人工智能与机器学习专家：将人工智能集成到制造工艺中，优化整个生产线或推进供应链的发展。

鉴于半导体行业内岗位类型繁多，因此，花时间找到适合自己的岗位至关重要。正如SK海力士量产产品设计部担当張支銀副社长所建议的：“人们只有在做自己喜欢的事情时，才能全情投入。因此要不断探索真正令自己兴奋的事情。”

至此，半导体综述系列文章已全部结束。本系列内容尽可能为您呈现半导体世界的全貌，及对该行业的未来展望。相信对这项重要技术的基础知识有了更透彻的了解之后，人们会更轻松地跟上行业的快速发展，迎接技术的每一次突破。

¹晶圆：薄而平整的硅片，用作制造半导体芯片的基底，在制造过程中构建复杂的电路。
²资料来源：本节的统计数据来自 Statista 的《1987年 至 2025 年全球半导体市场收入》报告，该报告采用了半导体行业协会（SIA）和世界半导体贸易统计（WSTS）的数据。
³低功耗双倍数据速率（LPDDR）：用于智能手机、平板电脑等移动设备的低功耗DRAM产品，致力于尽可能降低功耗，并在低电压下运行。
⁴HBM3E：最新款第五代高带宽存储器（HBM）产品。HBM是一种高附加值、高性能存储器，通过硅通孔技术（TSV）垂直互联多个DRAM芯片，以提升数据处理速度。

 

本系列其他文章

[半导体综述系列] SK海力士的半导体行业关键参与者指南

[半导体综述系列] SK海力士详解半导体世界的芯片本质

[半导体综述系列] 半导体及SK海力士在世界留下的足迹

[半导体综述系列] SK海力士全面揭秘半导体全球生产基地及应用领域

[半导体综述系列] 探究现代科技依赖半导体的原因及SK海力士发挥的关键作用