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制造一顆硅晶圓需要哪些半導體設(shè)備?原來不是只有光刻機就可以的
2022-04-07 09:03:26來源: 佳恩半導體

制作一顆硅晶圓需要的半導體設(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、化學機械拋光機、光刻機、離子注入機、引線鍵合機、晶圓劃片機、晶圓減薄機。

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材料熔化,用直拉法生長無錯位單晶硅的設(shè)備。在實際生產(chǎn)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受到溫度、提拉速度與轉(zhuǎn)速、坩堝跟蹤速度、保護氣體流速等因素影響,其中生產(chǎn)的溫度主要決定能否成晶,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通過檢測才能獲知,單晶爐主要控制的方面包括晶體直徑、硅功率控制、泄漏率和氬氣質(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,實現(xiàn)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)上生長一層有一定要求的、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,需要減小集電極串聯(lián)電阻,又要求材料能耐高壓和大電流,因此需要在低阻值襯底上生長一層薄的高阻外延層。

氣相外延爐能夠為單晶沉底實現(xiàn)功能化做基礎(chǔ)準備,氣相外延即化學氣相沉積的一種特殊工藝,其生長薄層的晶體結(jié)構(gòu)是單晶襯底的延續(xù),而且與襯底的晶向保持對應(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進行化學反應(yīng),而在硅片表面產(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。氧化爐的主要功能是為硅等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(shè)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)。

4、磁控濺射臺

磁控濺射是物理氣相沉積的一種,一般的濺射法可被用于制備半導體等材料,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。在硅晶圓生產(chǎn)過程中,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。

5、化學機械拋光機

一種進行化學機械研磨的機器,在硅晶圓制造中,隨著制程技術(shù)的升級、導線與柵極尺寸的縮小,光刻技術(shù)對晶圓表面的平坦程度的要求越來越高,IBM公司于1985年發(fā)展CMOS產(chǎn)品引入,并在1990年成功應(yīng)用于64MB的DRAM生產(chǎn)中,1995年以后,CMP技術(shù)得到了快速發(fā)展,大量應(yīng)用于半導體產(chǎn)業(yè)。

化學機械研磨亦稱為化學機械拋光,其原理是化學腐蝕作用和機械去除作用相結(jié)合的加工技術(shù),是目前機械加工中唯一可以實現(xiàn)表面全局平坦化的技術(shù)。在實際制造中,它主要的作用是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。

6、光刻機

又名掩模對準曝光機、曝光系統(tǒng)、光刻系統(tǒng)等,常用的光刻機是掩膜對準光刻,一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。在硅片表面勻膠,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結(jié)構(gòu)臨時“復制”到硅片上的過程。

7、離子注入機

它是高壓小型加速器中的一種,應(yīng)用數(shù)量最多。它是由離子源得到所需要的離子,經(jīng)過加速得到幾百千電子伏能量的離子束流,用做半導體材料、大規(guī)模集成電路和器件的離子注入,還用于金屬材料表面改性和制膜等 。

在進行硅生產(chǎn)工藝里面,需要用到離子注入機對半導體表面附近區(qū)域進行摻雜,離子注入機是集成電路制造前工序中的關(guān)鍵設(shè)備,離子注入是對半導體表面附近區(qū)域進行摻雜的技術(shù)目的是改變半導體的載流子濃度和導電類型,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進行精確的控制,克服了常規(guī)工藝的限制,降低了成本和功耗。

8、引線鍵合機

它的主要作用是把半導體芯片上的Pad與管腳上的Pad,用導電金屬線(金絲)鏈接起來。引線鍵合是一種使用細金屬線,利用熱、壓力、超聲波能量為使金屬引線與基板焊盤緊密焊合,實現(xiàn)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)生電子共享或原子的相互擴散,從而使兩種金屬間實現(xiàn)原子量級上的鍵合。

9、晶圓劃片機

因為在制造硅晶圓的時候,往往是一整大片的晶圓,需要對它進行劃片和處理,這時候晶圓劃片機的價值就體現(xiàn)出了。之所以晶圓需要變換尺寸,是為了制作更復雜的集成電路。

10、晶圓減薄機

在硅晶圓制造中,對晶片的尺寸精度、幾何精度、表面潔凈度以及表面微晶格結(jié)構(gòu)提出很高要求,因此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遞、流片。晶圓減薄,是在制作集成電路中的晶圓體減小尺寸,為了制作更復雜的集成電路。在集成電路封裝前,需要對晶片背面多余的基體材料去除一定的厚度,這一工藝需要的裝備就是晶片減薄機。

關(guān)鍵詞: 半導體設(shè)備 硅晶圓制造設(shè)備有哪些 光刻機重要性 氣相外延爐

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