網(wǎng)站首頁 ? 新聞資訊 ? 行業(yè)資訊 ? 半導(dǎo)體行業(yè)都有哪些設(shè)備
半導(dǎo)體作為重要的產(chǎn)業(yè)之一，每年為全球奉獻(xiàn)近五千億美金的產(chǎn)值，能夠毫不夸大的說，半導(dǎo)體技術(shù)無處不在。俗話說：巧婦難為無米之炊，硅晶圓作為制造半導(dǎo)體器件和芯片的根本資料，在產(chǎn)業(yè)中扮演著無足輕重的位置，硅是當(dāng)今重要、應(yīng)用普遍的半導(dǎo)體資料。
硅是十分常見的物質(zhì)，如沙子里面就有二氧化硅，但沙子到硅晶體這可是個十分復(fù)雜的過程，如沙子要經(jīng)過提純、高溫整形再到旋轉(zhuǎn)拉伸……單晶硅是晶圓初始的狀態(tài)，在實踐應(yīng)用中仍不行，還需求制形成晶圓，而且是請求很高的圓圓晶體。在實踐的消費中，我們通常將二氧化硅復(fù)原成單晶硅，但是這個過程難度很高，由于實踐用到的晶圓純度很高，要到達(dá)99.999%以上，常用的晶圓消費過程包括硅的純化、純硅制成硅晶棒、制形成電路的石英半導(dǎo)體資料、照相制版、硅資料研磨和拋光、多晶硅融解然后拉出單晶硅晶棒再到切割成一片薄薄的晶圓。
常見的硅晶圓消費流程
硅在自然界中以硅酸鹽或二氧化硅的方式普遍存在于巖石、砂礫中，硅晶圓的制造有三大步驟：硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型。
一、 硅提煉及提純
硅的提純是第一道工序，需將沙石原料放入一個溫度超越兩千攝氏度的并有碳源的電弧熔爐中，在高溫下發(fā)作復(fù)原反響得到冶金級硅，然后將粉碎的冶金級硅與氣態(tài)的氯化氫反響，生成液態(tài)的硅烷，然后經(jīng)過蒸餾和化學(xué)復(fù)原工藝，得到了高純度的多晶硅。
二、 單晶硅生長
單晶硅
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晶圓企業(yè)常用的是直拉法，如上圖所示，高純度的多晶硅放在石英坩堝中，并用外面盤繞著的石墨加熱器不時加熱，溫度維持在大約一千多攝氏度，爐中的空氣通常是惰性氣體，使多晶硅凝結(jié)，同時又不會產(chǎn)生不需求的化學(xué)反響。 為了構(gòu)成單晶硅，還需求控制晶體的方向，坩堝帶著多晶硅凝結(jié)物在旋轉(zhuǎn)，把一顆籽晶浸入其中，并且由拉制棒帶著籽晶作反方向旋轉(zhuǎn)，同時漸漸地、垂直地由硅凝結(jié)物中向上拉出。 凝結(jié)的多晶硅會粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不時地生長上去。用直拉法生長后，單晶棒將按恰當(dāng)?shù)某叽缤Ｖ骨懈?，然后停止研磨，再用化學(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面潤滑如鏡，這時分晶圓片就制造完成了。 晶圓制造廠把這些多晶硅融解，再在融液里種入籽晶，然后將其漸漸拉出，以構(gòu)成圓柱狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆晶面取向肯定的籽晶在熔融態(tài)的硅原料中逐步生成。
三、 晶圓成型
完成了上述兩道工藝， 硅晶棒再經(jīng)過切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為集成電路工廠的根本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。
在理想中，經(jīng)常會聽到人們講幾寸晶圓廠，它是說消費單片晶圓的尺寸。普通狀況下，硅晶圓直徑越大，代表晶圓廠技術(shù)實力越強，如中芯國際以12寸晶圓為主，臺積電的8寸晶圓等。為了將電晶體與導(dǎo)線尺寸減少，能夠?qū)灼A制造在同一片晶圓上，制造出更多的硅晶粒，但是硅晶圓消費關(guān)鍵的參數(shù)就是良品率，這是晶圓廠的中心技術(shù)參數(shù)，它與硅晶圓消費設(shè)備的質(zhì)量密不可分。
制造一顆硅晶圓需求的半導(dǎo)體設(shè)備
劃片機(jī)
制造一顆硅晶圓需求的半導(dǎo)體設(shè)備大致有十個，它們分別是單晶爐、氣相外延爐、氧化爐、磁控濺射臺、化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)、光刻機(jī)、離子注入機(jī)、引線鍵合機(jī)、晶圓劃片機(jī)、晶圓減薄機(jī)，其實光刻機(jī)只是九牛一毛。
1、 單晶爐
單晶爐是一種在惰性氣體（氮氣、氦氣為主）環(huán)境中，用石墨加熱器將多晶硅等多晶資料凝結(jié)，用直拉法生長無錯位單晶硅的設(shè)備。在實踐消費單晶硅過程中，它扮演著控制硅晶體的溫度和質(zhì)量的關(guān)鍵作用。
由于單晶直徑在生長過程中可遭到溫度、提拉速度與轉(zhuǎn)速、坩堝跟蹤速度、維護(hù)氣體流速等要素影響，其中消費的溫度主要決議能否成晶，而速度將直接影響到晶體的內(nèi)在質(zhì)量，而這種影響卻只能在單晶拉出后經(jīng)過檢測才干獲知，單晶爐主要控制的方面包括晶體直徑、硅功率控制、走漏率和氬氣質(zhì)量等。
2、 氣相外延爐
氣相外延爐主要是為硅的氣相外延生長提供特定的工藝環(huán)境，完成在單晶上生長與單晶晶相具有對應(yīng)關(guān)系的薄層晶體。外延生長是指在單晶襯底（基片）上生長一層有一定請求的、與襯底晶向相同的單晶層，猶如原來的晶體向外延伸了一段，為了制造高頻大功率器件，需求減小集串聯(lián)電阻，又請求資料能耐高壓和大電流，因而需求在低阻值襯底上生長一層薄的高阻外延層。
氣相外延爐可以為單晶沉底完成功用化做根底準(zhǔn)備，氣相外延即化學(xué)氣相堆積的一種特殊工藝，其生長薄層的晶體構(gòu)造是單晶襯底的持續(xù)，而且與襯底的晶向堅持對應(yīng)的關(guān)系。
3、 氧化爐
硅與含有氧化物質(zhì)的氣體，例如水汽和氧氣在高溫下停止化學(xué)反響，而在硅片外表產(chǎn)生一層致密的二氧化硅薄膜，這是硅平面技術(shù)中一項重要的工藝。氧化爐的主要功用是為硅等半導(dǎo)體資料停止氧化處置，提供請求的氧化氣氛，完成半導(dǎo)體預(yù)期設(shè)計的氧化處置過程，是半導(dǎo)體加工過程的不可短少的一個環(huán)節(jié)。
4、 磁控濺射臺
磁控濺射是物理氣相堆積的一種，普通的濺射法可被用于制備半導(dǎo)體等資料，且具有設(shè)備簡單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強等優(yōu)點。在硅晶圓消費過程中，經(jīng)過二極濺射中一個平行于靶外表的封鎖磁場，和靶外表上構(gòu)成的正交電磁場，把二次電子約束在靶外表特定區(qū)域，完成高離子密度和高能量的電離，把靶原子或分子高速率濺射堆積在基片上構(gòu)成薄膜。
5、 化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)
一種停止化學(xué)機(jī)械研磨的機(jī)器，在硅晶圓制造中，隨著制程技術(shù)的晉級、導(dǎo)線與柵極尺寸的減少，光刻技術(shù)對晶圓外表的平整水平的請求越來越高，IBM公司于1985年開展CMOS產(chǎn)品引入，并在1990年勝利應(yīng)用于64MB的DRAM消費中，1995年以后，CMP技術(shù)得到了快速開展，大量應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。
化學(xué)機(jī)械研磨亦稱為化學(xué)機(jī)械拋光，其原理是化學(xué)腐蝕作用和機(jī)械去除作用相分離的加工技術(shù)，是目前機(jī)械加工中能夠完成外表全局平整化的技術(shù)。在實踐制造中，它主要的作用是經(jīng)過機(jī)械研磨和化學(xué)液體溶解“腐蝕”的綜協(xié)作用，對被研磨體（半導(dǎo)體）停止研磨拋光。
6、 光刻機(jī)
又名掩模對準(zhǔn)曝光機(jī)、曝光系統(tǒng)、光刻系統(tǒng)等，常用的光刻機(jī)是掩膜對準(zhǔn)光刻，普通的光刻工藝要閱歷硅片外表清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。在硅片外表勻膠，然后將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移光刻膠上的過程將器件或電路構(gòu)造暫時“復(fù)制”到硅片上的過程。
光刻機(jī)
7、 離子注入機(jī)
它是高壓小型加速器中的一種，應(yīng)用數(shù)量多。它是由離子源得到所需求的離子，經(jīng)過加速得到幾百千電子伏能量的離子束流，用做半導(dǎo)體資料、大范圍集成電路和器件的離子注入，還用于金屬資料外表改性和制膜等 。
在停止硅消費工藝?yán)锩?，需求用到離子注入機(jī)對半導(dǎo)體外表左近區(qū)域停止摻雜，離子注入機(jī)是集成電路制造前工序中的關(guān)鍵設(shè)備，離子注入是對半導(dǎo)體外表左近區(qū)域停止摻雜的技術(shù)目的是改動半導(dǎo)體的載流子濃度和導(dǎo)電類型，離子注入與常規(guī)熱摻雜工藝相比可對注入劑量角度和深度等方面停止精確的控制，克制了常規(guī)工藝的限制，降低了本錢和功耗。
8、 引線鍵合機(jī)
它的主要作用是把半導(dǎo)體芯片上的Pad與管腳上的Pad，用導(dǎo)電金屬線（金絲）鏈接起來。引線鍵合是一種運用細(xì)金屬線，應(yīng)用熱、壓力、超聲波能量為使金屬引線與基板焊盤嚴(yán)密焊合，完成芯片與基板間的電氣互連和芯片間的信息互通。在理想控制條件下，引線和基板間會發(fā)作電子共享或原子的互相擴(kuò)散，從而使兩種金屬間完成原子量級上的鍵合。
9、 晶圓劃片機(jī)
由于在制造硅晶圓的時分，常常是一整大片的晶圓，需求對它停止劃片和處置，這時分晶圓劃片機(jī)的價值就表現(xiàn)出了。之所以晶圓需求變換尺寸，是為了制造更復(fù)雜的集成電路。
10、 晶圓減薄機(jī)
在硅晶圓制造中，對晶片的尺寸精度、幾何精度、外表干凈度以及外表微晶格構(gòu)造提出很高請求，因而在幾百道工藝流程中，不可采用較薄的晶片，只能采用一定厚度的晶片在工藝過程中傳送、流片。晶圓減薄，是在制造集成電路中的晶圓體減小尺寸，為了制造更復(fù)雜的集成電路。在集成電路封裝前，需求對晶片反面多余的基體資料去除一定的厚度，這一工藝需求的配備就是晶片減薄機(jī)。
當(dāng)然了，在實踐的消費過程中，硅晶圓制造需求的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。之所以光刻機(jī)的關(guān)注度超越了其它半導(dǎo)體設(shè)備，這是由于它的技術(shù)難度是高的，目前僅有荷蘭和美國等少數(shù)國度具有中心技術(shù)。近年來，國內(nèi)的企業(yè)不時獲得打破，在光刻機(jī)技術(shù)上也獲得了不錯的成果，前不久，國產(chǎn)首臺超分辨光刻機(jī)被研制出來，一時間振奮了國人，隨著中國自主研發(fā)的技術(shù)不時獲得進(jìn)步，將來中國本人消費的晶圓也將不時問世。
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