盤(pán)點(diǎn)半導(dǎo)體制造工藝中的主要設(shè)備及材料 - 全文

半導(dǎo)體設(shè)備和材料處于產(chǎn)業(yè)鏈的上游，是推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。半導(dǎo)體設(shè)備和材料應(yīng)用于集成電路、LED等多個(gè)領(lǐng)域，其中以集成電路的占比和技術(shù)難度最高。

01IC制造工藝流程及其所需設(shè)備和材料

半導(dǎo)體產(chǎn)品的加工過(guò)程主要包括晶圓制造（前道，F(xiàn)ront-End）和封裝（后道，Back-End）測(cè)試，隨著先進(jìn)封裝技術(shù)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(dǎo)體產(chǎn)品的加工工序多，所以在制造過(guò)程中需要大量的半導(dǎo)體設(shè)備和材料。在這里，我們以最為復(fù)雜的晶圓制造（前道）和傳統(tǒng)封裝（后道）工藝為例，說(shuō)明制造過(guò)程所需要的設(shè)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(shè)備和材料

晶圓生產(chǎn)線可以分成7個(gè)獨(dú)立的生產(chǎn)區(qū)域：擴(kuò)散（Thermal Process）、光刻（Photo- lithography）、刻蝕（Etch）、離子注入（Ion Implant）、薄膜生長(zhǎng)（Dielectric Deposition）、拋光（CMP）、金屬化（Metalization）。

這7個(gè)主要的生產(chǎn)區(qū)域和相關(guān)步驟以及測(cè)量等都是在晶圓潔凈廠房進(jìn)行的。在這幾個(gè)生產(chǎn)區(qū)都放置有若干種半導(dǎo)體設(shè)備，滿足不同的需要。例如在光刻區(qū)，除了光刻機(jī)之外，還會(huì)有配套的涂膠/顯影和測(cè)量設(shè)備。

▲先進(jìn)封裝技術(shù)及中道（Middle-End）技術(shù)

▲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(shè)備和材料

傳統(tǒng)封裝工藝流程

傳統(tǒng)封裝（后道）測(cè)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(cè)等8個(gè)主要步驟。與IC晶圓制造（前道）相比，后道封裝相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)難度較低，對(duì)工藝環(huán)境、設(shè)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(shè)備和材料

02主要半導(dǎo)體設(shè)備及所用材料

1) 氧化爐

設(shè)備功能：為半導(dǎo)體材料進(jìn)行氧化處理，提供要求的氧化氛圍，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體預(yù)期設(shè)計(jì)的氧化處理過(guò)程，是半導(dǎo)體加工過(guò)程的不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。

所用材料：硅片、氧氣、惰性氣體等。

國(guó)外主要廠商：英國(guó)Thermco公司、德國(guó)Centrothermthermal Solutions GmbH Co.KG公司等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：七星電子、青島福潤(rùn)德、中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十八所、青島旭光儀表設(shè)備有限公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十五所等。

2) PVD（物理氣相沉積）

設(shè)備功能：通過(guò)二極濺射中一個(gè)平行于靶表面的封閉磁場(chǎng)，和靶表面上形成的正交電磁場(chǎng)，把二次電子束縛在靶表面特定區(qū)域，實(shí)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(guó)外主要廠商：美國(guó)應(yīng)用材料公司、美國(guó)PVD公司、美國(guó)Vaportech公司、英國(guó)Teer公司、瑞士Platit公司、德國(guó)Cemecon公司等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：北方微電子、北京儀器廠、沈陽(yáng)中科儀器、成都南光實(shí)業(yè)股份有限公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十八所、科睿設(shè)備有限公司等。

3) PECVD

設(shè)備功能：在沉積室利用輝光放電，使反應(yīng)氣體電離后在襯底上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，沉積半導(dǎo)體薄膜材料。

所用材料：特種氣體（前驅(qū)物、惰性氣體等）。

國(guó)外主要廠商：美國(guó)Proto Flex公司、日本Tokki公司、日本島津公司、美國(guó)泛林半導(dǎo)體（Lam Research）公司、荷蘭ASM國(guó)際公司等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：北方微電子、中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十五所、北京儀器廠等。

4) MOCVD

設(shè)備功能：以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相外延，生長(zhǎng)各種Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)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(guó)外主要廠商：德國(guó)Aixtron愛(ài)思強(qiáng)公司、美國(guó)Veeco公司等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：中微半導(dǎo)體、中晟光電、理想能源設(shè)備等。

5) 光刻機(jī)

設(shè)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(yīng)，為下一步加工（刻蝕或離子注入）做準(zhǔn)備。

所需材料：光刻膠等

國(guó)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(guó)ABM公司、德國(guó)SUSS公司、美國(guó)Ultratech公司、奧地利EVG公司等。

國(guó)內(nèi)主要公司：上海微電裝備（SMEE）、中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十八所、中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十五所、成都光機(jī)所等。

6) 涂膠顯影機(jī)

設(shè)備功能：與光刻機(jī)聯(lián)合作業(yè)，首先將光刻膠均勻地涂到晶圓上，滿足光刻機(jī)的工作要求；然后，處理光刻機(jī)曝光后的晶圓，將曝光后的光刻膠中與紫外光發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的部分除去或保留下來(lái)。

所用材料：光刻膠、顯影液等。

國(guó)外主要廠商：日本TEL、德國(guó)SUSS、奧地利EVG等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：沈陽(yáng)芯源等。

7) 檢測(cè)設(shè)備（CDSEM、OVL、AOI、膜厚等）

設(shè)備功能：通過(guò)表征半導(dǎo)體加工中的形貌與結(jié)構(gòu)、檢測(cè)缺陷，以達(dá)到監(jiān)控半導(dǎo)體加工過(guò)程，提高生產(chǎn)良率的目的。

所用材料：特種氣體等。

國(guó)外主要廠商：美國(guó)的KLA-Tencor、美國(guó)應(yīng)用材料、日本Hitachi、美國(guó)Rudolph公司、以色列Camtek公司等。

國(guó)內(nèi)主要公司：上海睿勵(lì)科學(xué)儀器等。

8) 干法刻蝕機(jī)

設(shè)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(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)刻蝕和物理撞擊，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的加工成型。

所用材料：特種氣體等。

國(guó)外主要廠商：美國(guó)應(yīng)用材料公司、美國(guó)Lam Research公司、韓國(guó)JuSung公司、韓國(guó)TES公司等。

國(guó)內(nèi)主要公司：中微半導(dǎo)體、北方微電子、中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十八所等。

9) CMP（化學(xué)機(jī)械研磨）

設(shè)備功能：通過(guò)機(jī)械研磨和化學(xué)液體溶解“腐蝕”的綜合作用，對(duì)被研磨體（半導(dǎo)體）進(jìn)行研磨拋光。

所用材料：拋光液、拋光墊等。

國(guó)外主要廠商：美國(guó)Applied Materials公司、美國(guó)Rtec公司等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：華海清科、盛美半導(dǎo)體、中電45所等。

10) 晶圓鍵合機(jī)

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

所用材料：鍵合膠等。

國(guó)外主要廠商：德國(guó)SUSS、奧地利EVG等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：蘇州美圖、上海微電子裝備。

11) 濕制程設(shè)備（電鍍、清洗、濕法刻蝕等）

設(shè)備功能：1）電鍍?cè)O(shè)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(shè)備：去除晶圓表面的殘余物、污染物等；3）濕法刻蝕設(shè)備：通過(guò)化學(xué)刻蝕液和被刻蝕物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)將被刻蝕物質(zhì)剝離下來(lái)。

所用材料：電鍍液、清洗液、刻蝕液等。

國(guó)外主要廠商：日本DNS、美國(guó)應(yīng)用材料、美國(guó)Mattson（已被北京亦莊國(guó)投收購(gòu)）公司等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：盛美半導(dǎo)體、上海新陽(yáng)、沈陽(yáng)芯源、蘇州偉仕泰克等。

12) 離子注入

設(shè)備功能：對(duì)半導(dǎo)體材料表面附近區(qū)域進(jìn)行摻雜。

所用材料：特種氣體等。

國(guó)外主要廠商：美國(guó)AMAT公司等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十八所、中科信等。

13) 晶圓測(cè)試（CP）系統(tǒng)

設(shè)備功能：通過(guò)探針與半導(dǎo)體器件的pad接觸，進(jìn)行電學(xué)測(cè)試，檢測(cè)半導(dǎo)體的性能指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)性能要求。

所用材料：NA。

國(guó)外主要廠商：愛(ài)德萬(wàn)測(cè)試、泰瑞達(dá)等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：北京華峰測(cè)控、上海宏測(cè)、紹興宏邦、杭州長(zhǎng)川科技、中電45所等

14) 晶圓減薄機(jī)

設(shè)備功能：通過(guò)拋磨，把晶圓厚度減薄。

所用材料：研磨液等。

國(guó)外主要廠商：日本DISCO公司、日本OKAMOTO公司、以色列Camtek公司等。

國(guó)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(dá)研磨設(shè)備制造有限公司、深圳市金實(shí)力精密研磨機(jī)器制造有限公司、煒安達(dá)研磨設(shè)備有限公司、深圳市華年風(fēng)科技有限公司等。

15) 晶圓劃片機(jī)

設(shè)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(guó)外主要廠商：日本DISCO公司等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十五所、北京中電科、北京科創(chuàng)源光電技術(shù)有限公司、沈陽(yáng)儀器儀表工藝研究所、西北機(jī)器有限公司（原國(guó)營(yíng)西北機(jī)械廠709廠）、匯盛電子電子機(jī)械設(shè)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(jī)

設(shè)備功能：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(lái)。

所用材料：金屬絲等。

國(guó)外主要廠商：ASM太平洋等。

國(guó)內(nèi)主要廠商：中國(guó)電子科技集團(tuán)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(kāi)玖自動(dòng)化設(shè)備有限公司等。