半導(dǎo)體制造過(guò)程講解

我們經(jīng)常在新聞中看到半導(dǎo)體這樣的詞，但是你對(duì)半導(dǎo)體制造了解多少呢？半導(dǎo)體器件是在由高純度單晶硅制成的基板表面上執(zhí)行的一系列納米加工過(guò)程中構(gòu)建的。這些基板通常稱(chēng)為晶圓。常用晶圓包括300 mm型晶圓和200 mm型晶圓，前者提供尖端設(shè)備所需的高級(jí)微型化功能，后者更適合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備所需的混合小批量生產(chǎn)。

詳細(xì)半導(dǎo)體制造過(guò)程如下：

1.清潔

清潔形成半導(dǎo)體基底的硅晶片。即使晶片受到輕微污染，也會(huì)導(dǎo)致電路缺陷。因此，化學(xué)試劑用于去除所有污染物，從超細(xì)顆粒到生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的少量有機(jī)或金屬殘留物，或由于暴露于空氣而產(chǎn)生的有害天然氧化物層。

濕站：FC-3100

單晶圓清洗機(jī)：SU-3100，SU-3200，SU-3300

2.薄膜沉積

在晶片上形成將成為電路材料的氧化硅，鋁和其他金屬的薄膜層。形成這些薄膜的方法有很多種，包括“濺射”法，其中用離子轟擊目標(biāo)材料（例如鋁或其他金屬），從而擊落原子和分子，然后沉積在晶片表面， “電沉積”，用于形成銅線層（銅互連），化學(xué)氣相沉積（CVD），其中混合特殊氣體以引起化學(xué)反應(yīng)，形成包含所需材料的蒸汽，然后形成分子在反應(yīng)中產(chǎn)生的沉積在晶片表面上以形成膜，并進(jìn)行熱氧化，其中加熱晶片以在晶片表面上形成氧化硅膜。

3.沉積后清潔

膜沉積后，附著在晶片上的微小顆?？梢杂盟⒆踊蚣{米噴霧，去離子水或其他物理清潔方法去除。

旋轉(zhuǎn)洗滌塔：SS-3100，SS-3200

單晶圓清洗機(jī)：SU-3100，SU-3200，SU-3300

4.抵抗涂層

晶片表面涂有抗蝕劑（光敏化學(xué)品）。然后旋轉(zhuǎn)晶片，通過(guò)離心力使均勻的抗蝕劑層形成在晶片表面上。

涂布/ 顯影軌跡：DT-3000，RF-310A，SK-60EX / 80EX，SC-80EX

5.暴露

使用短波長(zhǎng)的深紫外線輻射晶片，該短波長(zhǎng)的紫外線輻射通過(guò)掩模形成，該掩模上已形成電路圖案。僅抗蝕劑層的暴露于光的區(qū)域經(jīng)歷結(jié)構(gòu)變化，從而將圖案轉(zhuǎn)移到晶片。有各種各樣的曝光單元，包括步進(jìn)器，一次可曝光多個(gè)芯片，而掃描儀可通過(guò)狹縫曝光晶片，光線通過(guò)狹縫投射到晶片上。

6.發(fā)展

將顯影劑噴到晶片上，溶解暴露在光線下的區(qū)域，并露出晶片表面上的薄膜。此時(shí)未曝光的剩余抗蝕劑區(qū)域成為下一個(gè)蝕刻工藝的掩模，并且抗蝕劑圖案成為下一層上的圖案。

7.蝕刻

在濕蝕刻中，使用諸如氫氟酸或磷酸之類(lèi)的化學(xué)物質(zhì)溶解表面層上的暴露的薄膜，并去除。這形成了模式。還有一種干蝕刻法，其中用離子化的原子轟擊晶片表面以去除膜層。

濕站：FC-3100

單晶圓清洗機(jī)：SU-3100，SU-3200，SU-3300

8.雜質(zhì)注入

為了賦予硅襯底半導(dǎo)體性能，將諸如磷或硼離子之類(lèi)的雜質(zhì)注入晶片中。

9.激活

使用閃光燈或激光輻射執(zhí)行熱處理以激活注入到晶片中的摻雜離子。需要瞬時(shí)激活以在基板上產(chǎn)生微晶體管。

閃光燈退火系統(tǒng)：LA-3000-F

激光退火爐：LT-3100

10.抵抗剝離

可以在濕工位剝離WResist，該濕工位使用的化學(xué)物質(zhì)會(huì)去除抗蝕劑，或者通過(guò)灰化來(lái)灰化，通過(guò)使用氣體誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除抗蝕劑?；一笄逑淳?。

濕站：FC-3100

單晶圓清洗機(jī)：SU-3100，SU-3200，SU-3300

11.組裝

將晶片分離成單獨(dú)的芯片（切割），使用金屬線將這些芯片連接到稱(chēng)為引線框架的金屬框架（引線鍵合），然后將其封裝在環(huán)氧樹(shù)脂材料中（封裝）。

Halocarbon的工程師和科學(xué)家已經(jīng)與半導(dǎo)體制造行業(yè)的領(lǐng)先供應(yīng)商合作了十多年。通過(guò)氟化學(xué)的下一代創(chuàng)新，HES促進(jìn)了精密半導(dǎo)體器件小型化的巨大進(jìn)步。了解半導(dǎo)體制造的基礎(chǔ)知識(shí)使HES在設(shè)計(jì)過(guò)程的多個(gè)階段進(jìn)行了改進(jìn)，從而推動(dòng)了該行業(yè)的發(fā)展。半導(dǎo)體制造的結(jié)果是一個(gè)集成電路，該集成電路由數(shù)十億條細(xì)線組成，并通過(guò)光刻，蝕刻和沉積的重復(fù)過(guò)程在許多層中形成了電容器和電阻器。以下是現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的制造方式的簡(jiǎn)化流程。

空白的畫(huà)布

純硅的原子平面圓柱盤(pán)形成半導(dǎo)體器件的基座和畫(huà)布。這些圓柱形圓盤(pán)被稱(chēng)為硅片，是通過(guò)精煉和凈化沙子而制成的。純化過(guò)程的結(jié)果是，一個(gè)大的，完美的圓柱形硅單塊。然后將它們切成薄片，制成裸晶片。拋光后，原子平坦的晶圓可用于加工成電子設(shè)備。

圖案化

通過(guò)將光照射到指定的光反應(yīng)性區(qū)域（稱(chēng)為光敏材料）上，可以形成成為最終設(shè)備細(xì)線的圖案。這種材料稱(chēng)為光致抗蝕劑。光致抗蝕劑響應(yīng)于光線而改變其特性-照射后從可溶變?yōu)椴蝗?，反之亦然。在制備硅晶片之后，將光致抗蝕劑聚合物涂覆到表面上以形成均勻的層。用圖案光照射選擇性地改變了聚合物在被照射區(qū)域中的溶解性。可以圖案化的最小尺寸（稱(chēng)為最小特征尺寸）取決于照射中使用的光的波長(zhǎng)，照射介質(zhì)的折射率以及圖案化過(guò)程中使用的特殊工程控制。

輻照后，“顯影”光刻膠，該術(shù)語(yǔ)用于描述沖洗掉在輻照步驟中變得可溶的光刻膠區(qū)域。一旦這些區(qū)域被去除，下面的硅晶片的確定區(qū)域?qū)⒈槐┞?。正是在這些區(qū)域上，圖案通過(guò)導(dǎo)電材料的沉積，通過(guò)刻蝕形成溝槽或摻雜硅以改變其電性能而轉(zhuǎn)移到下面的基板上。

模式轉(zhuǎn)移

通過(guò)圖案轉(zhuǎn)移，將在光致抗蝕劑中形成的臨時(shí)圖案轉(zhuǎn)換成硅晶片中的永久性特征。確切的圖案類(lèi)型通過(guò)最終設(shè)備的設(shè)計(jì)和功能進(jìn)行設(shè)置。存在三個(gè)基本的圖案轉(zhuǎn)移過(guò)程：蝕刻，摻雜和沉積。蝕刻是通過(guò)與通電的反應(yīng)性離子（例如氟）反應(yīng)除去硅材料的過(guò)程；蝕刻的結(jié)果是在晶片的暴露區(qū)域中挖出了溝槽。摻雜是向硅中添加添加劑，這些添加劑將硅（完全純凈時(shí)不導(dǎo)電）轉(zhuǎn)變成導(dǎo)體。摻雜轉(zhuǎn)換會(huì)在硅材料中創(chuàng)建一條導(dǎo)線。通常也可以通過(guò)濺射工藝將單獨(dú)的金屬材料直接沉積在硅上。通過(guò)這種方式，

重復(fù)，然后一次又一次重復(fù)

要?jiǎng)?chuàng)建功能芯片，此過(guò)程要重復(fù)數(shù)十次甚至數(shù)百次，從而在另一層之上建立一層?？刂七^(guò)程的每一步，以創(chuàng)建導(dǎo)電電路，為我們的處理器和內(nèi)存芯片供電。通過(guò)在每個(gè)步驟中使用化學(xué)物質(zhì)來(lái)創(chuàng)建圖案并將圖案轉(zhuǎn)移到硅片上，可以推動(dòng)設(shè)備小型化，從而推動(dòng)我們電子設(shè)備的功能不斷增強(qiáng)。令人難以置信的是，光刻技術(shù)已經(jīng)可以將特征圖案化為納米尺寸。最先進(jìn)的商業(yè)光刻工藝被稱(chēng)為193浸沒(méi)式光刻，其中氟化材料起著至關(guān)重要的作用。

設(shè)備包裝

光刻工藝在硅晶片的大面積上執(zhí)行。在該硅晶片上創(chuàng)建了多個(gè)稱(chēng)為管芯的芯片。這些模具通過(guò)稱(chēng)為包裝的步驟轉(zhuǎn)換為工作裝置。通過(guò)將邏輯，存儲(chǔ)器和其他電子組件芯片類(lèi)型組合到載體上并將它們布線在一起，每個(gè)芯片都被切成單獨(dú)的單元并被操縱為功能器件。正如通過(guò)光刻技術(shù)的發(fā)展來(lái)減小芯片尺寸的同時(shí)，封裝技術(shù)的進(jìn)步也使得能夠制造出更薄和更小的完整包裝，這對(duì)于諸如電話(huà)和手表之類(lèi)的個(gè)人電子設(shè)備是必不可少的。隨著封裝變得更加緊湊，氟化學(xué)再次成為將芯片連接在一起的導(dǎo)線之間的電絕緣層所必不可少的。自動(dòng)駕駛汽車(chē)，人工智能，5G和物聯(lián)網(wǎng)的下一場(chǎng)革命。

計(jì)算機(jī)芯片，發(fā)光二極管（LED）和晶體管是由半導(dǎo)體材料制成的設(shè)備的示例。半導(dǎo)體器件中使用的主要原材料是硅，硅通常會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椤懊鳌?，通常被稱(chēng)為單晶錠。作為芯片（集成電路）制造工藝的第一階段之一，這些鑄錠被進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)楣杵Ｆ渌雽?dǎo)體原料包括鍺，砷化鎵，碳化硅和其他幾種。以下是這些原材料的詳細(xì)信息。

硅

硅是地球上含量第二高的元素，占地殼重量的近25％以上。盡管在自然界中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)游離元素，但它以氧化物和硅酸鹽形式存在，包括瑪瑙，紫水晶，黃水晶，碧玉，fl石，蛋白石，石英和沙子。硅金屬源自二氧化硅與碳材料（例如焦炭，煤和木屑）之間的反應(yīng)。

就晶圓用硅的主要生產(chǎn)商而言，美國(guó)和世界各地有許多供應(yīng)商，主要在加利福尼亞，俄勒岡，佛羅里達(dá)，亞太地區(qū)，中國(guó)和歐洲。據(jù)信，中國(guó)是最大的硅生產(chǎn)國(guó)，其次是美國(guó)。

鍺

鍺是一種外觀與硅相似的化學(xué)元素，但由于其反應(yīng)性因素，在自然界中未被發(fā)現(xiàn)為游離元素。它在地殼中可用，是從閃鋅礦鋅礦石中開(kāi)采的，也可以從粉煤灰煤和銅礦石中提取。鍺由于其熱敏性和成本而沒(méi)有硅有用，但是鍺仍與硅合金化以用于某些高速設(shè)備。IBM是這些設(shè)備的主要生產(chǎn)商。鍺生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者是中國(guó)，其他主要生產(chǎn)國(guó)包括美國(guó)，加拿大，俄羅斯和比利時(shí)。

砷化鎵

砷化鎵是兩種元素的混合物：砷和鎵。用在某些高速設(shè)備中，它比硅更昂貴。用這種材料形成大直徑的鑄錠也是困難的，這又限制了小晶片直徑尺寸，影響了批量生產(chǎn)。生產(chǎn)砷化鎵的主要國(guó)家包括中國(guó)，德國(guó)，日本和烏克蘭。

其他材質(zhì)：

碳化硅用作藍(lán)色LED的原材料，并經(jīng)過(guò)測(cè)試可用于某些半導(dǎo)體設(shè)備，這些半導(dǎo)體設(shè)備可能會(huì)承受較高的工作溫度和高水平的電離輻射。固態(tài)激光二極管和LED中使用了幾種銦化合物-亞銻酸銦，砷化銦和磷化銦。硫化硒正在研究中，用于制造光伏太陽(yáng)能電池。所有這些化合物主要在美國(guó)，亞太地區(qū)，中國(guó)和歐洲生產(chǎn)。

世界在變化，但是就目前而言，在越來(lái)越多的技術(shù)設(shè)備中使用的基本原材料似乎是一致的。
責(zé)任編輯：tzh