網(wǎng)站首頁(yè) ? 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(shuō)，半導(dǎo)體技術(shù)無(wú)處不在。俗話(huà)說(shuō)：巧婦難為無(wú)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(wú)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(jiàn)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(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，如沙子要經(jīng)過(guò)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(shí)踐應(yīng)用中仍不行，還需求制形成晶圓，而且是請(qǐng)求很高的圓圓晶體。在實(shí)踐的消費(fèi)中，我們通常將二氧化硅復(fù)原成單晶硅，但是這個(gè)過(guò)程難度很高，由于實(shí)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(fèi)過(guò)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(jiàn)的硅晶圓消費(fèi)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(zhǎng)、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(gè)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(jí)硅，然后將粉碎的冶金級(jí)硅與氣態(tài)的氯化氫反響，生成液態(tài)的硅烷，然后經(jīng)過(guò)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(zhǎng)
單晶硅
（用直拉法制造晶圓的流程圖）
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(pán)繞著的石墨加熱器不時(shí)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(shí)又不會(huì)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(shí)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(huì)粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不時(shí)地生長(zhǎng)上去。用直拉法生長(zhǎng)后，單晶棒將按恰當(dāng)?shù)某叽缤Ｖ骨懈睿缓笸Ｖ寡心ィ儆没瘜W(xué)機(jī)械拋光工藝使其至少一面潤(rùn)滑如鏡，這時(shí)分晶圓片就制造完成了。 晶圓制造廠(chǎng)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(guò)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(chǎng)的根本原料——硅晶圓片，這就是“晶圓”。
在理想中，經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到人們講幾寸晶圓廠(chǎng)，它是說(shuō)消費(fèi)單片晶圓的尺寸。普通狀況下，硅晶圓直徑越大，代表晶圓廠(chǎng)技術(shù)實(shí)力越強(qiáng)，如中芯國(guó)際以12寸晶圓為主，臺(tái)積電的8寸晶圓等。為了將電晶體與導(dǎo)線(xiàn)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(fèi)關(guān)鍵的參數(shù)就是良品率，這是晶圓廠(chǎng)的中心技術(shù)參數(shù)，它與硅晶圓消費(fèi)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(gè)，它們分別是單晶爐、氣相外延爐、氧化爐、磁控濺射臺(tái)、化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)、光刻機(jī)、離子注入機(jī)、引線(xiàn)鍵合機(jī)、晶圓劃片機(jī)、晶圓減薄機(jī)，其實(shí)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?dú)狻⒑鉃橹鳎┉h(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(zhǎng)無(wú)錯(cuò)位單晶硅的設(shè)備。在實(shí)踐消費(fèi)單晶硅過(guò)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(zhǎng)過(guò)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(fèi)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(guò)檢測(cè)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(zhǎng)提供特定的工藝環(huán)境，完成在單晶上生長(zhǎng)與單晶晶相具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的薄層晶體。外延生長(zhǎng)是指在單晶襯底（基片）上生長(zhǎng)一層有一定請(qǐng)求的、與襯底晶向相同的單晶層，猶如原來(lái)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(qǐng)求資料能耐高壓和大電流，因而需求在低阻值襯底上生長(zhǎng)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(zhǎng)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(jiān)持對(duì)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(xiàng)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(qǐng)求的氧化氣氛，完成半導(dǎo)體預(yù)期設(shè)計(jì)的氧化處置過(guò)程，是半導(dǎo)體加工過(guò)程的不可短少的一個(gè)環(huán)節(jié)。
4、 磁控濺射臺(tái)
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(jiǎn)單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在硅晶圓消費(fèi)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)二極濺射中一個(gè)平行于靶外表的封鎖磁場(chǎng)，和靶外表上構(gòu)成的正交電磁場(chǎng)，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(jí)、導(dǎo)線(xiàn)與柵極尺寸的減少，光刻技術(shù)對(duì)晶圓外表的平整水平的請(qǐng)求越來(lái)越高，IBM公司于1985年開(kāi)展CMOS產(chǎn)品引入，并在1990年勝利應(yīng)用于64MB的DRAM消費(fèi)中，1995年以后，CMP技術(shù)得到了快速開(kāi)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(chēng)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(shí)踐制造中，它主要的作用是經(jīng)過(guò)機(jī)械研磨和化學(xué)液體溶解“腐蝕”的綜協(xié)作用，對(duì)被研磨體（半導(dǎo)體）停止研磨拋光。
6、 光刻機(jī)
又名掩模對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)程將器件或電路構(gòu)造暫時(shí)“復(fù)制”到硅片上的過(guò)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(guò)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(fèi)工藝?yán)锩妫枨笥玫诫x子注入機(jī)對(duì)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(duì)半導(dǎo)體外表左近區(qū)域停止摻雜的技術(shù)目的是改動(dòng)半導(dǎo)體的載流子濃度和導(dǎo)電類(lèi)型，離子注入與常規(guī)熱摻雜工藝相比可對(duì)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(qián)和功耗。
8、 引線(xiàn)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(xiàn)（金絲）鏈接起來(lái)。引線(xiàn)鍵合是一種運(yùn)用細(xì)金屬線(xiàn)，應(yīng)用熱、壓力、超聲波能量為使金屬引線(xiàn)與基板焊盤(pán)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(xiàn)和基板間會(huì)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(jí)上的鍵合。
9、 晶圓劃片機(jī)
由于在制造硅晶圓的時(shí)分，常常是一整大片的晶圓，需求對(duì)它停止劃片和處置，這時(shí)分晶圓劃片機(jī)的價(jià)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(duì)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(qǐng)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(guò)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(duì)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(shí)踐的消費(fèi)過(guò)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(guó)等少數(shù)國(guó)度具有中心技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的企業(yè)不時(shí)獲得打破，在光刻機(jī)技術(shù)上也獲得了不錯(cuò)的成果，前不久，國(guó)產(chǎn)首臺(tái)超分辨光刻機(jī)被研制出來(lái)，一時(shí)間振奮了國(guó)人，隨著中國(guó)自主研發(fā)的技術(shù)不時(shí)獲得進(jìn)步，將來(lái)中國(guó)本人消費(fèi)的晶圓也將不時(shí)問(wèn)世。
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