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半導體裝置有哪些?如何分類?【上】(前道工藝裝置——晶圓製造篇)

半導體裝置泛指用於生產各類半導體產品所需的生產裝置,屬於半導體行業產業鏈的關鍵支撐環節。半導體裝置是半導體產業的技術先導者,晶片設計、晶圓製造和封裝測試等需在裝置技術允許的範圍內設計和製造,裝置的技術進步又反過來推動半導體產業的發展。

以半導體產業鏈中技術難度最高、附加值最大、工藝最為複雜的積體電路為例,應用於積體電路領域的裝置通常可分為

前道工藝裝置(晶圓製造)和後道工藝裝置(封裝測試)兩大類。

半導體裝置有哪些?如何分類?【上】(前道工藝裝置——晶圓製造篇)

其中的前道晶圓製造中的七大步驟分別為氧化/擴散,光刻,刻蝕,清洗,離子注入,薄膜生長,拋光。每個步驟用到的半導體裝置具體如下:

一、氧化/擴散/退火

氧化是將矽片放置於氧氣或水汽等氧化劑的氛圍中進行高溫熱處理,在矽片表面發生化學反應形成氧化膜的過程;擴散是指在高溫條件下,利用熱擴散原理將雜質元素按工藝要求摻入矽襯底中,使其具有特定的濃度分佈,從而改變矽材料的電學特性;退火是指加熱離子注入後的矽片,修復離子注入帶來的晶格缺陷的過程。

1。 擴散爐

擴散爐用於大規模積體電路、分立器件、電力電子、光電器件和光導纖維等行業的擴散、氧化、退火、合金及燒結等工藝。擴散工藝的主要用途是在高溫條件下對半導體晶圓進行摻雜,即將元素磷、硼擴散入矽片,從而改變和控制半導體內雜質的型別、濃度和分佈,以便建立起不同的電特性區域。

2。 氧化爐

為半導體材料進氧化處理,提供要求的氧化氛圍,實現半導體設計預期的氧化處理,是半導體加工過程不可或缺的一個環節。

3。 退火爐

半導體器件製造中使用的一種工藝裝置,其包括加熱多個半導體晶片以影響其電效能。熱處理是針對不同的效果而設計的。可以加熱晶片以啟用摻雜劑,將薄膜轉換成薄膜或將薄膜轉換成晶片襯底介面,使緻密沉積的薄膜,改變生長的薄膜的狀態,修復注入的損傷,移動摻雜劑或將摻雜劑從一個薄膜轉移到另一個薄膜或從薄膜進入晶圓襯底。

半導體裝置有哪些?如何分類?【上】(前道工藝裝置——晶圓製造篇)

二、光刻

平面型電晶體和積體電路生產中的主要工藝,是對半導體晶片表面的掩蔽物(如二氧化矽)進行開孔,以便進行雜質的定域擴散的一種加工技術。一般的光刻工藝要經歷矽片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測等工序。

1。 塗膠顯影裝置

塗膠顯影裝置是利用機械手實現晶圓在各系統間的傳輸和加工,與光刻機達成完美配合從而完成晶圓的光刻膠塗覆、固化、顯影等工藝過程。作為光刻機的輸入即曝光前光刻膠塗覆和輸出即曝光後圖形的顯影,塗膠顯影機的效能不僅對細微曝光處的形成造成直接影響,而且其顯影工藝的圖形質量和誤差控制對後續蝕刻、離子注入工藝中的圖形轉移結果也有著深刻的影響。

2。 光刻裝置

通俗來說就是光刻機(Mask Aligner) ,又名掩模對準曝光機,曝光系統,光刻系統等,是製造晶片的核心裝備。它採用類似照片沖印的技術,把掩膜版上的精細圖形透過光線的曝光印製到矽片上。光刻機是生產大規模積體電路的核心裝置,需要掌握深厚的光學和電子工業技術,世界上只有少數廠家掌握,而且光刻機價格昂貴,通常在 3 千萬至 5 億美元。

3。 對準檢測裝置

對準檢測裝置主要用於光刻工藝中掩模板與晶圓的對準、晶片鍵合時晶片與基板的對準、表面組裝工藝中元器件與PCB基板的對準,也應用於各種加工過程中,如晶圓測試、晶圓劃片、各種鐳射加工工藝中等。精密檢測技術是對準檢測的基礎,檢測方法主要有光學檢測法和光電檢測法。

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