探究IC制造工藝流程及其所需設備和材料

半導體設備和材料處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游，是推動技術進步的關鍵環(huán)節(jié)。半導體設備和材料應用于集成電路、LED等多個領域，其中以集成電路的占比和技術難度最高。

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IC制造工藝流程及其所需設備和材料

半導體產(chǎn)品的加工過程主要包括晶圓制造（前道，F(xiàn)ront-End）和封裝（后道，Back-End）測試，隨著先進封裝技術的滲透，出現(xiàn)介于晶圓制造和封裝之間的加工環(huán)節(jié)，稱為中道（Middle-End）。

由于半導體產(chǎn)品的加工工序多，所以在制造過程中需要大量的半導體設備和材料。在這里，我們以最為復雜的晶圓制造（前道）和傳統(tǒng)封裝（后道）工藝為例，說明制造過程所需要的設備和材料。

▲集成電路產(chǎn)業(yè)鏈

IC晶圓生產(chǎn)線的主要生產(chǎn)區(qū)域及所需設備和材料

晶圓生產(chǎn)線可以分成7個獨立的生產(chǎn)區(qū)域：擴散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長（Dielectric Deposition）、拋光（CMP）、金屬化（Metalization）。

這7個主要的生產(chǎn)區(qū)域和相關步驟以及測量等都是在晶圓潔凈廠房進行的。在這幾個生產(chǎn)區(qū)都放置有若干種半導體設備，滿足不同的需要。例如在光刻區(qū)，除了***之外，還會有配套的涂膠/顯影和測量設備。

▲先進封裝技術及中道（Middle-End）技術

▲IC晶圓制造流程圖

▲IC晶圓生產(chǎn)線的主要生產(chǎn)區(qū)域及所需設備和材料

傳統(tǒng)封裝工藝流程

傳統(tǒng)封裝（后道）測試工藝可以大致分為背面減薄、晶圓切割、貼片、引線鍵合、模塑、電鍍、切筋/成型和終測等8個主要步驟。與IC晶圓制造（前道）相比，后道封裝相對簡單，技術難度較低，對工藝環(huán)境、設備和材料的要求也低于晶圓制造。

▲傳統(tǒng)封裝的主要步驟及所需設備和材料

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主要半導體設備及所用材料

1) 氧化爐

設備功能：為半導體材料進行氧化處理，提供要求的氧化氛圍，實現(xiàn)半導體預期設計的氧化處理過程，是半導體加工過程的不可缺少的一個環(huán)節(jié)。

所用材料：硅片、氧氣、惰性氣體等。

國外主要廠商：英國Thermco公司、德國Centrothermthermal Solutions GmbH Co.KG公司等。

國內(nèi)主要廠商：七星電子、青島福潤德、中國電子科技集團第四十八所、青島旭光儀表設備有限公司、中國電子科技集團第四十五所等。

2) PVD（物理氣相沉積）

設備功能：通過二極濺射中一個平行于靶表面的封閉磁場，和靶表面上形成的正交電磁場，把二次電子束縛在靶表面特定區(qū)域，實現(xiàn)高離子密度和高能量的電離，把靶原子或分子高速率濺射沉積在基片上形成薄膜。

所用材料：靶材、惰性氣體等。

國外主要廠商：美國應用材料公司、美國PVD公司、美國Vaportech公司、英國Teer公司、瑞士Platit公司、德國Cemecon公司等。

國內(nèi)主要廠商：北方微電子、北京儀器廠、沈陽中科儀器、成都南光實業(yè)股份有限公司、中國電子科技集團第四十八所、科睿設備有限公司等。

3) PECVD

設備功能：在沉積室利用輝光放電，使反應氣體電離后在襯底上進行化學反應，沉積半導體薄膜材料。

所用材料：特種氣體（前驅(qū)物、惰性氣體等）。

國外主要廠商：美國Proto Flex公司、日本Tokki公司、日本島津公司、美國泛林半導體（Lam Research）公司、荷蘭ASM國際公司等。

國內(nèi)主要廠商：北方微電子、中國電子科技集團第四十五所、北京儀器廠等。

4) MOCVD

設備功能：以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延，生長各種Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。

所用材料：特種氣體（MO源、惰性氣體等）。

國外主要廠商：德國Aixtron愛思強公司、美國Veeco公司等。

國內(nèi)主要廠商：中微半導體、中晟光電、理想能源設備等。

5) ***

設備功能：將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到涂有光刻膠的襯底（硅片）上，致使光刻發(fā)生反應，為下一步加工（刻蝕或離子注入）做準備。

所需材料：光刻膠等

國外主要公司：荷蘭阿斯麥（ASML）公司、日本尼康公司、日本Canon公司、美國ABM公司、德國SUSS公司、美國Ultratech公司、奧地利EVG公司等。

國內(nèi)主要公司：上海微電裝備（SMEE）、中國電子科技集團第四十八所、中國電子科技集團第四十五所、成都光機所等。

6) 涂膠顯影機

設備功能：與***聯(lián)合作業(yè)，首先將光刻膠均勻地涂到晶圓上，滿足***的工作要求；然后，處理***曝光后的晶圓，將曝光后的光刻膠中與紫外光發(fā)生化學反應的部分除去或保留下來。

所用材料：光刻膠、顯影液等。

國外主要廠商：日本TEL、德國SUSS、奧地利EVG等。

國內(nèi)主要廠商：沈陽芯源等。

7) 檢測設備（CDSEM、OVL、AOI、膜厚等）

設備功能：通過表征半導體加工中的形貌與結(jié)構(gòu)、檢測缺陷，以達到監(jiān)控半導體加工過程，提高生產(chǎn)良率的目的。

所用材料：特種氣體等。

國外主要廠商：美國的KLA-Tencor、美國應用材料、日本Hitachi、美國Rudolph公司、以色列Camtek公司等。

國內(nèi)主要公司：上海睿勵科學儀器等。

8) 干法刻蝕機

設備功能：平板電極間施加高頻電壓，產(chǎn)生數(shù)百微米厚的離子層，放入式樣，離子高速撞擊式樣，實現(xiàn)化學反應刻蝕和物理撞擊，實現(xiàn)半導體的加工成型。

所用材料：特種氣體等。

國外主要廠商：美國應用材料公司、美國Lam Research公司、韓國JuSung公司、韓國TES公司等。

國內(nèi)主要公司：中微半導體、北方微電子、中國電子科技集團第四十八所等。

9) CMP（化學機械研磨）

設備功能：通過機械研磨和化學液體溶解“腐蝕”的綜合作用，對被研磨體（半導體）進行研磨拋光。

所用材料：拋光液、拋光墊等。

國外主要廠商：美國Applied Materials公司、美國Rtec公司等。

國內(nèi)主要廠商：華海清科、盛美半導體、中電45所等。

10) 晶圓鍵合機

設備功能：將兩片晶圓互相結(jié)合，并使表面原子互相反應，產(chǎn)生共價鍵合，合二為一，是實現(xiàn)3D晶圓堆疊的重要設備。

所用材料：鍵合膠等。

國外主要廠商：德國SUSS、奧地利EVG等。

國內(nèi)主要廠商：蘇州美圖、上海微電子裝備。

11) 濕制程設備（電鍍、清洗、濕法刻蝕等）

設備功能：1）電鍍設備：將電鍍液中的金屬離子電鍍到晶圓表面，以形成金屬互連；2）清洗設備：去除晶圓表面的殘余物、污染物等；3）濕法刻蝕設備：通過化學刻蝕液和被刻蝕物質(zhì)之間的化學反應將被刻蝕物質(zhì)剝離下來。

所用材料：電鍍液、清洗液、刻蝕液等。

國外主要廠商：日本DNS、美國應用材料、美國Mattson（已被北京亦莊國投收購）公司等。

國內(nèi)主要廠商：盛美半導體、上海新陽、沈陽芯源、蘇州偉仕泰克等。

12) 離子注入

設備功能：對半導體材料表面附近區(qū)域進行摻雜。

所用材料：特種氣體等。

國外主要廠商：美國AMAT公司等。

國內(nèi)主要廠商：中國電子科技集團第四十八所、中科信等。

13) 晶圓測試（CP）系統(tǒng)

設備功能：通過探針與半導體器件的pad接觸，進行電學測試，檢測半導體的性能指標是否符合設計性能要求。

所用材料：NA。

國外主要廠商：愛德萬測試、泰瑞達等。

國內(nèi)主要廠商：北京華峰測控、上海宏測、紹興宏邦、杭州長川科技、中電45所等

14) 晶圓減薄機

設備功能：通過拋磨，把晶圓厚度減薄。

所用材料：研磨液等。

國外主要廠商：日本DISCO公司、日本OKAMOTO公司、以色列Camtek公司等。

國內(nèi)主要廠商：北京中電科、蘭州蘭新高科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司、深圳方達研磨設備制造有限公司、深圳市金實力精密研磨機器制造有限公司、煒安達研磨設備有限公司、深圳市華年風科技有限公司等。

15) 晶圓劃片機

設備功能：把晶圓切割成小片的Die。

所用材料：劃片刀、劃片液等。

國外主要廠商：日本DISCO公司等。

國內(nèi)主要廠商：中國電子科技集團第四十五所、北京中電科、北京科創(chuàng)源光電技術有限公司、沈陽儀器儀表工藝研究所、西北機器有限公司（原國營西北機械廠709廠）、匯盛電子電子機械設備公司、蘭州蘭新高科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司、大族激光等。

16) 引線鍵合機

設備功能：把半導體芯片上的Pad與管腳上的Pad，用導電金屬線（金絲）鏈接起來。

所用材料：金屬絲等。

國外主要廠商：ASM太平洋等。

國內(nèi)主要廠商：中國電子科技集團第四十五所、北京創(chuàng)世杰科技發(fā)展有限公司、北京中電科、深圳市開玖自動化設備有限公司等。